JP2023101250A - Sonar device, method, and program - Google Patents

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Abstract

To acquire normal sonar output by suppressing influence of a structure or the like other than a transducer.SOLUTION: A sonar device includes: a transducer array in which a plurality of transducers having sensitivity over an entire circumference are arranged in an annular shape, a single directivity generation processing unit that individually performs, for each transducer, single directivity generation processing capable of directing a null in an arbitrary direction with respect to a reception signal in each transducer of the transducer array; and a reception processor including a phasing processing unit that performs phasing processing on the signal individually subjected to the single directivity generation processing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はソーナー装置、方法、プログラムに関する。 The present invention relates to sonar devices, methods and programs.

小型艦艇や無人機用のソーナーは、大型艦艇用のソーナーと比較して小型のソーナードーム内に搭載する必要がある。 Sonars for small ships and drones need to be mounted in smaller sonar domes than sonars for large ships.

一方、これらの小型艦艇や無人機用等のソーナーは、複数のミッション(任務/使命、役割)への対応を求められることが多い。このため、一つのソーナードームの中に、複数種類のソーナーを搭載する場合がある。このようなソーナーでは、自身以外のソーナーの構造物等の影響により、正常なソーナー出力が得られない場合がある。 On the other hand, these sonars for small warships and drones are often required to support multiple missions (missions/missions, roles). Therefore, a plurality of types of sonars may be mounted in one sonar dome. In such a sonar, normal sonar output may not be obtained due to the influence of sonar structures other than the sonar itself.

特開平10-221434号公報JP-A-10-221434 特開2018-189602号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-189602

前述したように、例えば一つのソーナードームの中に、複数種類のソーナーを搭載する場合、単体指向性が360度全周にわたる受波器を利用したソーナーでは、送受波器以外の構造物等の影響により、整相処理が想定通りに実施できず正常なソーナー出力が得られない場合がある。なお、整相処理は、受波の音響ビームの形成(ビームフォーミング)において、各送受波器の出力に所要の時間遅延又は位相補償を与えることをいう。 As described above, when multiple types of sonar are mounted in one sonar dome, for example, in a sonar that uses a receiver with single directivity over the entire circumference of 360 degrees, structures other than the transmitter and receiver Due to the influence, phasing processing may not be performed as expected and normal sonar output may not be obtained. Note that phasing processing refers to giving a required time delay or phase compensation to the output of each transducer in the formation of a received acoustic beam (beamforming).

本発明は、送受波器以外の構造物等の影響を抑制し正常なソーナー出力を取得可能とするソーナー装置、ソーナー信号処理方法、プログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sonar device, a sonar signal processing method, and a program that can obtain a normal sonar output by suppressing the influence of structures other than transducers.

本発明の一つの側面によれば、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理が適用可能とされ、全周に感度を有する送受波器を円環状に複数配置してなる送受波器アレイが提供される。 According to one aspect of the present invention, it is possible to apply single directivity generation processing capable of directing a null in any direction, and a transmitting/receiving wave formed by annularly arranging a plurality of transducers having sensitivity in the entire circumference. A device array is provided.

本発明の他の一つの側面によれば、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理が適用可能とされ、全周に感度を有する複数の送受波器を2次元または3次元配置した送受波器アレイを有するソーナー送受波器が提供される。 According to another aspect of the present invention, unidirectional directivity generation processing capable of directing nulls in any direction is applicable, and a plurality of transducers having omnidirectional sensitivities are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. A sonar transducer having a transducer array is provided.

本発明の他の一つの側面によれば、全周に感度を有する送受波器を円環状に複数配置してなる送受波器アレイと、前記送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を送受波器毎に個別に行う単体指向性生成処理部と、個別に前記単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行う整相処理部とを含む受信処理器とを備えたソーナー装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a transducer array in which a plurality of transducers having sensitivity over the entire circumference are arranged in an annular shape, and a received signal at each transducer of the transducer array. , a single directivity generation processing unit that individually performs single directivity generation processing that can direct nulls in any direction for each transducer, and a signal that has been individually subjected to the single directivity generation processing A sonar device is provided that includes a receive processor that includes a phasing processor that performs phasing with a receiver.

本発明の他の一つの側面によれば、全周に感度を有する送受波器を円環状に複数配置してなる送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を送受波器毎に個別に行うステップと、
個別に前記単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行うステップと、
を含むソーナー信号処理方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a received signal at each transducer of a transducer array in which a plurality of transducers having sensitivity over the entire circumference are arranged in an annular shape is generated in an arbitrary direction. a step of individually performing unidirectivity generation processing capable of directing a null for each transducer;
a step of performing phasing processing on the signals that have been individually subjected to the unitary directivity generation processing;
A sonar signal processing method is provided, comprising:

本発明の他の一つの側面によれば、全周に感度を有する送受波器を円環状に複数配置してなる送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を送受波器毎に個別に行う処理と、
個別に前記単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行う処理と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
According to another aspect of the present invention, a received signal at each transducer of a transducer array in which a plurality of transducers having sensitivity over the entire circumference are arranged in an annular shape is generated in an arbitrary direction. A process of individually performing a unidirectional directivity generation process that can direct a null for each transducer,
a process of performing a phasing process on the signals that have been individually subjected to the unidirectional directivity generation process;
A program is provided that causes a computer to execute

本発明によれば、送受波器以外の構造物等の影響を抑制し正常なソーナー出力を得ることを可能としている。 According to the present invention, it is possible to obtain a normal sonar output by suppressing the influence of structures other than the transducer.

一実施形態の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of one embodiment. 一実施形態の送受波器アレイの構成の一例を例示する図である。It is a figure which illustrates an example of a structure of a transducer array of one embodiment. 一実施形態の送受波器の構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of a structure of a transducer of one embodiment. 一実施形態の送受波器と受信器の構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of composition of a transducer of one embodiment, and a receiver. 一実施形態の単体指向性生成処理を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining unidirectional directivity generation processing according to an embodiment; 一実施形態におけるカージオイド型指向性パターンの生成を模式的に説明する図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating generation of a cardioid directivity pattern in one embodiment; 一実施形態の整相処理を説明する図である。It is a figure explaining phasing processing of one embodiment. 一実施形態の送受波器アレイの3次元配構成の一例を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional arrangement of transducer arrays of an embodiment; 一実施形態の送受波器アレイの2次元配置の別の例を例示する図である。FIG. 10 illustrates another example of a two-dimensional arrangement of transducer arrays of one embodiment; 一実施形態の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of one embodiment.

本発明の実施形態について説明する。単体指向性が信号処理により制御可能な複数の受波器を2次元もしくは3次元的に配置した送受波器アレイを有するソーナー装置が提供される。単体指向性を信号処理により制御可能な送受波器を利用することで、不要な信号を事前に低減したうえで、送受波器アレイとしての整相処理を行う。 An embodiment of the present invention will be described. Provided is a sonar device having a transducer array in which a plurality of receivers whose unidirectivity can be controlled by signal processing are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. By using transducers whose unit directivity can be controlled by signal processing, unnecessary signals are reduced in advance, and then phasing processing is performed as a transducer array.

図1は、実施形態の構成を模式的に示す図である。ソーナー装置100は、複数の送受波器101-1~101-N(Nは予め定められた2以上の整数)で構成される送受波器アレイ102と、送受波器101-1~101-Nでそれぞれ受信した受信信号を増幅しアナログ信号をデジタル信号へ変換する受信器103-1~103-Nと、受信処理器107と、センサ情報を表示する表示器108と、ユーザーが制御パラメータ等の設定操作を行う制御器109を備えている。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the embodiment. The sonar device 100 includes a transducer array 102 composed of a plurality of transducers 101-1 to 101-N (N is a predetermined integer of 2 or more), and transducers 101-1 to 101-N. Receivers 103-1 to 103-N for amplifying received signals received respectively and converting analog signals to digital signals, reception processor 107, display 108 for displaying sensor information, and user inputting control parameters etc. A controller 109 is provided for setting operations.

受信処理器107は、受信器103-1~103-Nからの受信デジタル信号に対して単体指向性生成処理を行う複数の単体指向性生成処理部104-1~104-Nと、単体指向性生成処理部104-1~104-Nからの出力に対して整相処理を行う整相処理部105と、整相処理部105からの出力を信号処理して目標の検出、目標の表示処理を行うソーナー検出処理・表示処理部106と、を備えている。なお、ソーナー装置100が、送信が可能なアクティブソーナーの場合、アナログ信号の生成と電力増幅を行う送信器110と、送信タイミングと送信諸元の生成を行う送信処理器111が追加される。 The reception processor 107 includes a plurality of unidirectional directivity generation processing units 104-1 to 104-N that perform unidirectional directivity generation processing on the received digital signals from the receivers 103-1 to 103-N, A phasing processing unit 105 that performs phasing processing on the output from the generation processing units 104-1 to 104-N, and a target detection and target display processing by signal processing the output from the phasing processing unit 105. and a sonar detection processing/display processing unit 106 that performs. If the sonar device 100 is an active sonar capable of transmission, a transmitter 110 that generates analog signals and amplifies power, and a transmission processor 111 that generates transmission timing and transmission specifications are added.

図2は、図1の送受波器アレイ102の一例を示す図である。図2の送受波器201は、図1の送受波器101-1~101-Nの1つに対応する。各送受波器201は、円筒形の送受波器で構成され、複数の送受波器201は2次元平面の上に円環状に配置される。ここで、円環状で配置された送受波器アレイ102の内側にソーナー装置以外の構造物202が存在していても良い。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the transducer array 102 of FIG. Transducer 201 in FIG. 2 corresponds to one of transducers 101-1 to 101-N in FIG. Each transducer 201 is composed of a cylindrical transducer, and a plurality of transducers 201 are arranged annularly on a two-dimensional plane. Here, a structure 202 other than the sonar device may exist inside the transducer array 102 arranged in an annular shape.

図3は、図2の送受波器201の構成の一例を示す図であり、送受波器301は、図2の送受波器201に対応している。送受波器301は、円筒形状の圧電素子からなり、均等に四つの部分(箇所)301-1~301-4に分割されている(円周を90度毎に4分割し、各区間に各部分301―1~301-4が配置されている)。部分(箇所)301-1~301-4は、電気的にも互いに分離されている。4分割されたそれぞれの個所から、個別に、受信したソーナー信号に応じた四つの電圧を取り出すことができる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the transducer 201 in FIG. 2, and the transducer 301 corresponds to the transducer 201 in FIG. The transducer 301 is composed of a cylindrical piezoelectric element, and is equally divided into four portions (locations) 301-1 to 301-4 (the circumference is divided into four at every 90 degrees, and each section portions 301-1 to 301-4 are arranged). The portions (locations) 301-1 to 301-4 are also electrically isolated from each other. Four voltages corresponding to the received sonar signals can be individually extracted from each of the four divided points.

図4は、図3の送受波器301と受信器(図1の103)の接続の例示的で非制限的な例を示す図である。図4において、送受波器401(四つの部分401-1~404-4からなる)は、図3の送受波器301(四つの部分301-1~301-4からなる)に対応し、図4では、図3の円筒形状の送受波器301を上から見た模式的断面として図示している。 FIG. 4 is a diagram showing an illustrative, non-limiting example of connections between the transducer 301 of FIG. 3 and the receiver (103 of FIG. 1). In FIG. 4, transducer 401 (consisting of four parts 401-1 to 404-4) corresponds to transducer 301 (consisting of four parts 301-1 to 301-4) in FIG. 4 shows the cylindrical transducer 301 of FIG. 3 as a schematic cross section viewed from above.

送受波器401(401-1~401-4)からは、図4に示す通り、四つの電圧が出力される。送受波器401(401-1~401-4)から出力された四つの電圧のそれぞれは、送信信号との切替を行う送受切替器402-1~402-4と、送受波器401(401-1~401-4)で受信した信号(電圧)の増幅をそれぞれ行うプリアンプ403-1~403-4と、プリアンプ403-1~403-4からそれぞれ出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換するADコンバータ404-1~404-4を介して、デジタル信号(データ)として、受信処理器(図1の107)へ送られる。 As shown in FIG. 4, four voltages are output from the transducers 401 (401-1 to 401-4). Each of the four voltages output from the transducer 401 (401-1 to 401-4) is connected to transmission/reception switches 402-1 to 402-4 for switching with the transmission signal, and the transducer 401 (401- 1 to 401-4), preamplifiers 403-1 to 403-4 for amplifying the signals (voltage) received respectively, and ADs for converting the analog signals output from the preamplifiers 403-1 to 403-4, respectively, into digital signals. It is sent to the reception processor (107 in FIG. 1) as a digital signal (data) via converters 404-1 to 404-4.

図5は、図1の単体指向性生成処理部104による指向性を説明する図である。図5において、送受波器501、503、505の各々は、図4の送受波器401に対応し、円筒の4分割された各箇所の送受波器から四つの電圧に対応するデジタル信号が出力される。 FIG. 5 is a diagram for explaining directivity by the unitary directivity generation processing unit 104 in FIG. In FIG. 5, each of transducers 501, 503, and 505 corresponds to transducer 401 in FIG. be done.

単体指向性生成処理では、送受波器501、503、505の各々から出力された四つのデジタル信号から、カージオイド処理により水平面内で指向性がカージオイド型の指向性パターン502、504、506を持つ送受波器単体出力データをそれぞれ生成する。単体指向性生成処理におけるカージオイド型指向性パターンは例えば以下のようにして生成してもよい。図6は単体指向性生成処理におけるカージオイド型指向性パターンの生成の一例を模式的に説明する図である。 In the unidirectional directivity generation process, cardioid directivity patterns 502, 504, and 506 are generated in the horizontal plane from the four digital signals output from each of the transducers 501, 503, and 505 by cardioid processing. Transducer/receiver unit output data with each is generated. A cardioid directivity pattern in the unitary directivity generation process may be generated, for example, as follows. FIG. 6 is a diagram schematically explaining an example of generation of a cardioid directivity pattern in the unitary directivity generation process.

図6(A)の送受波器401-1~401-4(図4の401-1~401-4)は、全体で無指向性の受波器として機能し、例えば図6(B)に示すような無指向性のパターン(中心を原点とする半径1の円:全周に均一の感度)を有する。図6(A)のY軸方向(例えば前後)に沿って対向配置された送受波器401-1と送受波器401-3の二つの送受波器は、Y軸方向に指向性を有する受波器として機能し、例えば図6(C)に示すように、cosθで表される指向性のパターン(中心をそれぞれ(0,1/2)、(0,-1/2)とする半径1/2の二つの円)を有する。図6(C)のX軸方向(例えば左右)に沿って対向配置された送受波器401-2と送受波器401-4の二つの送受波器は、X軸方向に指向性を有する受波器として機能し、例えば図6(D)に示すように、sinθで表される指向性のパターン(中心をそれぞれ(1/2,0)、(-1/2,0)とする半径1/2の二つの円)を有する。図6(B)の無指向性のパターンの受波器の受波レベルと、図6(C)の指向性パターンの受波器の受波レベルとを加算することで、図6(E)に示すように、
1+cos(θ) ・・・(1)
で表される指向性(カージオイド型指向性)を持つ送受波器単体出力データが出力される。カージオイド型の指向性パターン502、504、506は、基準面(例えば水平面)内の所定の方向(例えばθ=0)に対して最大感度となり、基準面内で該所定の方向とは反対方向(θ=π)に対してヌル感度となる。
Transducers 401-1 to 401-4 (401-1 to 401-4 in FIG. 4) in FIG. 6A function as an omnidirectional transducer as a whole. It has an omnidirectional pattern as shown (a circle of radius 1 with the origin at the center: uniform sensitivity all around). Two transducers, transducer 401-1 and transducer 401-3, which are arranged opposite to each other along the Y-axis direction (for example, front and back) in FIG. For example, as shown in FIG. 6(C), a directivity pattern represented by cos θ (radius 1 /2). Two transducers, transducer 401-2 and transducer 401-4, which are arranged opposite to each other along the X-axis direction (for example, left and right) in FIG. For example, as shown in FIG. 6(D), a directivity pattern represented by sin θ (radius 1 /2). FIG. 6(E) is obtained by adding the received wave level of the omnidirectional pattern receiver of FIG. 6(B) and the received wave level of the directional pattern receiver of FIG. As shown in
1 + cos(θ) (1)
Transducer/receiver unit output data having directivity (cardioid type directivity) represented by is output. The cardioid directional patterns 502, 504, 506 are most sensitive to a predetermined direction (e.g., θ=0) in a reference plane (e.g., a horizontal plane) and the opposite direction to the predetermined direction in the reference plane. There is a null sensitivity to (θ=π).

なお、XY平面上の任意の方向にヌル(null)感度を設定する場合(ヌル感度方向=方位α)、特許文献1に記載されているように、図6(B)の無指向性のパターンの受波器の受波レベルにcosαを乗算し、図6(C)の指向性パターンの受波器の受波レベルにsinαを乗算した結果を加算する。
cosθcosα+sinθsinα=cos(θ-α) ・・・(2)
図6(B)の無指向性のパターンの受波器の受波レベルから上記加算結果cos(θ-α)を減算すると、指向性パターンは、
1-cos(θ-α) ・・・(3)
となり、方位θ=αで0、すなわち、感度はヌルとなる。なお、式(1)のカージオイド型指向性パターンについて、図6(B)の無指向性パターンの受波器の受波レベルに上式(2)の加算結果cos(θ-α)を加算した値
1+cos(θ-α) ・・・(4)
が0、すなわち、方位θ=α+πで感度がヌルとなるように設定としてもよい。
When null sensitivity is set in an arbitrary direction on the XY plane (null sensitivity direction = azimuth α), as described in Patent Document 1, the omnidirectional pattern of FIG. is multiplied by cos α, and the result of multiplying the received wave level of the receiver of the directivity pattern of FIG. 6(C) by sin α is added.
cosθcosα+sinθsinα=cos(θ-α) (2)
Subtracting the above addition result cos(θ-α) from the received wave level of the omnidirectional pattern receiver shown in FIG. 6B, the directional pattern is
1-cos(θ-α) (3)
becomes 0 at the direction θ=α, that is, the sensitivity is null. For the cardioid directivity pattern of formula (1), the addition result cos(θ-α) of formula (2) is added to the received wave level of the receiver of the omnidirectional pattern of FIG. 6(B). value
1 + cos(θ-α) (4)
is 0, that is, the sensitivity may be set to null at the azimuth θ=α+π.

図5では、図2に示した構成(円筒形状の送受波器201を複数円環状に配置した真ん中に構造物202が配置されている)において、図2の送受波器201に対応する送受波器501、503、505の各々の指向性パターン502、504、506は、図2の構造物202の方向がヌル感度となるように設定されている。 In FIG. 5, in the configuration shown in FIG. 2 (a structure 202 is arranged in the middle of a plurality of cylindrical transducers 201 arranged in an annular shape), a transducer corresponding to the transducer 201 in FIG. The directional patterns 502, 504, 506 of each of the devices 501, 503, 505 are set to have null sensitivity in the direction of the structure 202 of FIG.

ここで、複数の送受波器の各々について、単体指向性を、同一の方向に主極(メインローブ:指向性パターンの最大感度の点を含み、それに隣接する感度が極小となる2点相互間の部分)が向くように設定されているが、ノイズ等の不要信号のレベルが高い方向に対して適応的にヌルを向ける処理も適用可能である。 Here, for each of the plurality of transducers, the unidirectional directivity is measured in the same direction as the main pole (main lobe: including the point of maximum sensitivity of the directivity pattern, and between two adjacent points where the sensitivity is minimal). ), but it is also possible to adaptively direct the null to the direction in which the level of unnecessary signals such as noise is high.

図7は、図1の整相処理部105の整相処理を説明する図であり、整相処理部105から出力されるビームの指向性を説明する図である。送受波器601、602、603は、図5の送受波器501、503、505に対応する。 FIG. 7 is a diagram for explaining the phasing processing of the phasing processing unit 105 in FIG. 1, and is a diagram for explaining the directivity of the beam output from the phasing processing unit 105. The transducers 601, 602, 603 correspond to the transducers 501, 503, 505 in FIG.

送受波器601、602、603から、図1の単体指向性生成処理部104により生成された送受波器単体出力データ(図5の単体指向性パターン502、504、506)に対して、整相処理を行い、指向性パターン604を持つビーム出力を生成する。ここで、整相処理部105は、一般的な遅延加算による整相処理の他に、適応ビームフォーミング等の整相処理も実施することができる。 From the transducers 601, 602, and 603, phasing is performed on the transducer-unit output data (unitary directivity patterns 502, 504, and 506 in FIG. 5) generated by the unitary directivity generation processing unit 104 in FIG. Processing is performed to produce a beam output having a directional pattern 604 . Here, the phasing processing unit 105 can perform phasing processing such as adaptive beam forming in addition to phasing processing by general delay addition.

図1のソーナー検出処理・表示処理部106では、整相処理部105より出力されたビーム出力から、周波数分析、相関処理、閾値処理、機械学習等のソーナー検出処理およびBスコープやBTR等のソーナー表示処理の結果を表示器108によりユーザーへ通知する。図1の表示器108は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスであって、表示画面(Bスコープ表示画面)(不図示)は、横軸が方位、縦軸が距離となっている。あるいは、BTR(bearing-time recorder)表示において、横軸を方位、縦軸を時間とし、信号強度を濃淡(表示輝度の濃淡)で表示するようにしてもよい。 The sonar detection processing/display processing unit 106 in FIG. 1 performs sonar detection processing such as frequency analysis, correlation processing, threshold processing, and machine learning from the beam output output from the phasing processing unit 105, and sonar detection processing such as B scope and BTR. The display device 108 notifies the user of the result of display processing. The display 108 in FIG. 1 is a display device such as a liquid crystal display, and a display screen (B-scope display screen) (not shown) has an azimuth on the horizontal axis and a distance on the vertical axis. Alternatively, in a BTR (bearing-time recorder) display, the horizontal axis may be azimuth, the vertical axis may be time, and the signal strength may be displayed in gradation (intensity of display luminance).

本実施形態によれば、単体指向性を不要信号のレベルが低下するように制御することで、送受波器アレイに対して実施する整相処理で周囲の構造物の反射等の影響を抑制することができ、ソーナー受信処理を正常に行うことができる。 According to this embodiment, by controlling the unidirectional directivity so that the level of unnecessary signals is lowered, the effects of reflections from surrounding structures, etc., are suppressed in the phasing process performed on the transducer array. and the sonar reception process can be performed normally.

上記した実施形態では、送受波器を、2次元平面上に円環状に配置したアレイの例を説明したが、本発明は、2次元アレイに制限されるものでないことは勿論である。例えば、図8に示すように、3次元状に送受波器701を配置した円筒アレイとすることもできる。この場合、各円筒アレイの垂直方向に5段配置された送受波器701に対して、図1の受信処理器107を備え、円環状に配置した15個の円筒アレイの同一段(水平方向)の送受波器701に対して、図1の受信処理器107を備え、水平、垂直方向の3次元整相処理を行うようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an example of an array in which transducers are arranged annularly on a two-dimensional plane has been described, but the present invention is of course not limited to a two-dimensional array. For example, as shown in FIG. 8, a cylindrical array in which transducers 701 are arranged three-dimensionally can be used. In this case, the reception processor 107 of FIG. 1 is provided for the transducers 701 arranged in five stages in the vertical direction of each cylindrical array, and the same stage (horizontal direction) of the fifteen cylindrical arrays arranged in an annular shape is provided. The receiving processor 107 of FIG. 1 may be provided for the transducer 701 of FIG. 1 to perform three-dimensional phasing processing in the horizontal and vertical directions.

また、複数の送受波器を2次元平面上に配置する場合でも、円環状以外にも、図9に示すように、例えば馬蹄形の配置等、任意形状のアレイとしてもよい。 Moreover, even when a plurality of transducers are arranged on a two-dimensional plane, the array may be arranged in an arbitrary shape, such as a horseshoe arrangement, as shown in FIG.

上記した実施形態では、単体指向性生成処理において、任意の方位のヌル感度を有する指向性パターンとしてカージオイド型指向性パターンを用いた例を説明したが、カージオイド型指向性パターンに制限されるものでなく、用途等によっては、例えば、特許文献2等に開示された適応ビームフォーミング等を用いてもよい。 In the above-described embodiment, in the unidirectional directivity generation process, an example was described in which a cardioid directivity pattern was used as a directivity pattern having null sensitivity in an arbitrary direction. Instead, depending on the application, for example, adaptive beamforming disclosed in Patent Document 2 or the like may be used.

図10は、本発明の一実施の形態を説明する図であり、コンピュータ装置(データ処理装置、プロセッサ装置)900に実装した場合の構成を説明する図である。図10を参照すると、コンピュータ装置900は、プロセッサ901と、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の半導体メモリ等(あるいは、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等であってもよい)のメモリ902と、表示装置903と、図1の受信器103からの受信デジタル信号を受信し、送信器110に送信デジタル信号を送信するインタフェース904(バスインタフェース)を備えている。プロセッサ901はDSP(Digital Signal Processor)であってもよい。メモリ902に格納されたプログラムを実行することで、プロセッサ901は、例えば図1の受信処理器107(単体指向性生成処理、整相処理、ソーナー検出処理・表示処理)と、送信処理器111の処理を実行する。表示装置903は受信処理器107から出力されるソーナー表示処理の結果を表示する表示器108として用いられる。 FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a configuration when implemented in a computer device (data processing device, processor device) 900. As shown in FIG. Referring to FIG. 10, a computer device 900 includes a processor 901, semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) (or HDD (Hard Drive)). It receives digital signals from a memory 902 of a disk drive, a solid state drive (SSD), a display device 903, and the receiver 103 in FIG. It has an interface 904 (bus interface) for transmission. The processor 901 may be a DSP (Digital Signal Processor). By executing the program stored in the memory 902, the processor 901 performs, for example, the reception processor 107 (unidirectional directivity generation processing, phasing processing, sonar detection/display processing) and the transmission processor 111 in FIG. Execute the process. The display device 903 is used as the display device 108 for displaying the sonar display processing result output from the reception processor 107 .

上記の特許文献1、2の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施の形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 The disclosures of Patent Documents 1 and 2 mentioned above are incorporated herein by reference. Within the framework of the full disclosure of the present invention (including the scope of claims), modifications and adjustments of the embodiments and examples are possible based on the basic technical concept thereof. Also, various combinations and selections of various disclosure elements (including each element of each claim, each element of each embodiment, each element of each drawing, etc.) are possible within the scope of the claims of the present invention. . That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that can be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including claims and technical ideas.

100 ソーナー装置
101-1~101-N 送受波器
102 送受波器アレイ
103-1~103-N 受信器
107 受信処理器
108 表示器(ディスプレイ)
109 制御器(コンローラ)
104-1~104-N 単体指向性生成処理部
105 整相処理部
106 ソーナー検出処理・表示処理部
107 受信処理器
108 表示器
110 送信器
111 送信処理器
201 送受波器
202 ソーナー以外の構造物
301、401、501、503、505、601、602、603 送受波器
301-1~301-4、401-1~401-4 送受波器(部分)
402-1~402-4 送受切替器
403-1~403-4 プリアンプ
404-1~404-4 ADコンバータ
502、504、506、604 指向性パターン
701、801 送受波器
900 コンピュータ装置
901 プロセッサ
902 メモリ
903 表示装置
904 インタフェース
100 sonar devices 101-1 to 101-N transducer 102 transducer array 103-1 to 103-N receiver 107 reception processor 108 indicator (display)
109 controller
104-1 to 104-N unidirectional directivity generation processing unit 105 phasing processing unit 106 sonar detection processing/display processing unit 107 reception processing unit 108 display unit 110 transmitter 111 transmission processing unit 201 transducer 202 structure other than sonar 301, 401, 501, 503, 505, 601, 602, 603 transducers 301-1 to 301-4, 401-1 to 401-4 transducers (partial)
402-1 to 402-4 Transmission/reception switches 403-1 to 403-4 Preamplifiers 404-1 to 404-4 AD converters 502, 504, 506, 604 Directivity patterns 701, 801 Transceiver 900 Computer device 901 Processor 902 Memory 903 display device 904 interface

Claims (10)

任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理が適用可能とされ、全周に感度を有する送受波器を、円環状に複数配置してなる送受波器アレイ。 1. A transducer array in which a plurality of transducers having omnidirectional sensitivities are arranged in an annular shape to which unidirectional directivity generation processing capable of directing nulls in any direction can be applied. 任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理が適用可能とされ、全周に感度を有する送受波器を、複数個、2次元または3次元配置した送受波器アレイを有するソーナー送受波器。 A sonar transmission/reception having a transducer array in which a plurality of, two-dimensionally or three-dimensionally arranged transducers having sensitivity in all directions are applicable to unidirectional directivity generation processing capable of directing a null in any direction. vessel. 全周に感度を有する送受波器を、円環状に複数配置してなる送受波器アレイと、
受信処理器と、
を備え、
前記受信処理器は、
前記送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を、送受波器毎に個別に行う複数の単体指向性生成処理部と、
前記複数の単体指向性生成処理部で個別に単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行う整相処理部と、
を含む、ソーナー装置。
a transducer array in which a plurality of transducers having sensitivity all around are arranged in an annular shape;
a receiving processor;
with
The receiving processor,
A plurality of unitary directivity generation processing units that individually perform unitary directivity generation processing capable of directing a null in an arbitrary direction to a received signal at each transducer of the transducer array for each transducer. and,
a phasing processing unit that performs phasing processing on signals that have been individually subjected to unitary directivity generation processing by the plurality of unitary directivity generation processing units;
a sonar device, including
前記受信処理器は、前記整相処理部からの出力信号に基づき、目標の検出処理を行い目標の表示処理を行う信号処理部を備えた、請求項3記載のソーナー装置。 4. The sonar apparatus according to claim 3, wherein said reception processor comprises a signal processing section that performs target detection processing and target display processing based on the output signal from said phasing processing section. 前記送受波器は、円形型断面の外周を均等に分割し、電気的に分離された複数の部分送受波器からなる、請求項3又は4に記載のソーナー装置。 5. A sonar apparatus according to claim 3, wherein said transducer comprises a plurality of electrically isolated partial transducers equally dividing the circumference of the circular cross section. 前記単体指向性生成処理部は、前記送受波器における前記複数の部分送受波器からの受信信号に基づき、基準面内の所定の方向に対して最大感度となり、前記基準面内の該所定の方向とは反対方向に対してヌル感度となるカージオイド型の指向性パターンを持つデータを出力する、請求項5に記載のソーナー装置。 The unitary directivity generation processing unit has maximum sensitivity in a predetermined direction within the reference plane based on the received signals from the plurality of partial transducers in the transducer, and 6. The sonar device of claim 5, outputting data having a cardioid directional pattern with null sensitivity in a direction opposite to the direction. 前記送受波器アレイは、複数の前記送受波器を2次元または3次元配置してなる、請求項3乃至6のいずれか1項に記載のソーナー装置。 The sonar apparatus according to any one of claims 3 to 6, wherein said transducer array comprises a plurality of said transducers arranged two-dimensionally or three-dimensionally. 全周に感度を有する送受波器を円環状に複数配置してなる送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を送受波器毎に個別に行うステップと、
個別に前記単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行うステップと、
を含むソーナー信号処理方法。
Unitary directivity generation processing capable of directing a null in any direction for the received signal at each transducer of a transducer array in which a plurality of transducers with sensitivity over the entire circumference are arranged in an annular shape. a step performed individually for each transducer;
a step of performing phasing processing on the signals that have been individually subjected to the unitary directivity generation processing;
sonar signal processing methods including;
前記整相処理した信号に基づき目標の検出処理を行い目標の表示処理を行う、請求項8に記載のソーナー信号処理方法。 9. The sonar signal processing method according to claim 8, wherein target detection processing and target display processing are performed based on the phasing-processed signal. 全周に感度を有する送受波器を、円環状に複数配置してなる送受波器アレイの各送受波器での受信信号に対して、任意方向にヌルを向けることのできる単体指向性生成処理を送受波器毎に個別に行う処理と、
個別に前記単体指向性生成処理が施された信号に対して整相処理を行う処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
A unitary directivity generation process that can direct a null in any direction to the received signal at each transducer of a transducer array in which a plurality of transducers with sensitivity over the entire circumference are arranged in an annular shape. individually for each transducer, and
a process of performing a phasing process on the signals that have been individually subjected to the unidirectional directivity generation process;
A program that makes a computer run
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