JP2572452B2 - 水中探知装置 - Google Patents

水中探知装置

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JP2572452B2 JP1213232A JP21323289A JP2572452B2 JP 2572452 B2 JP2572452 B2 JP 2572452B2 JP 1213232 A JP1213232 A JP 1213232A JP 21323289 A JP21323289 A JP 21323289A JP 2572452 B2 JP2572452 B2 JP 2572452B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超音波信号を用いる水中探知装置に関
し、特に音波の伝搬に伴う損失を補償した水中探知装置
に関する。
[従来の技術] 水中に音波を放射し、その音波の反射エコーを受波す
る場合、音波はその伝搬中に様々な要因によって減衰す
るが、その主たる要因としては、 拡散減衰 吸収減衰 反射損失 の三つが挙げられ、この内、の要因は、海中にある目
標物が魚,DSLあるいは海底等なのかを知るのに有用な情
報となる。一方、及びの要因は、音波が伝搬する媒
質に因るもので伝搬距離に比例し、その伝搬損失(TL)
は一般に次式で表される。
TL=20log10R+αR …(1) ここでR:伝搬距離、α:吸収係数である。
(1)式は、片道における伝搬損失であり、目標物で
反射した往復の経路での伝搬損失は、目標物によって異
なり、目標物が海底の場合は、(1)式におけるRを2R
とおいた、 TL′=20log102R+2αR …(2) が伝搬損失となり、目標物が単体魚の場合は(1)にお
けるTLを2TLとした、 TL″=40log10R+2αR …(3) が伝搬損失となる。
この伝搬損失のために、同じ目標物からの反射エコー
であっても、深度が異なれば、受信エコーレベルに差を
生じ、魚鮮密度や大きさの比較あるいは底質の比較が困
難となる。
そこでこのような伝搬損失の影響を見掛け上なくすに
は、受信時の利得を高くして伝搬損失分を補償すればよ
い。音波は水柱をほぼ一定速度(1500m/秒)で伝搬し、
目標物の深度と、該目標物からの反射エコーを受信する
時間とは比例するため、受信利得を時間の経過に伴い高
くすればよく、この制御がTVG(タイムバリアブルゲイ
ン)である。
[発明が解決しようとする課題] ところが、従来のTVGは、CRの充放電曲線を近似した
ものであり、(1)〜(3)式で示した理論曲線とは合
致せず、根拠のないTVGであった。
仮に、TVGの理論曲線に正確に一致させても、様々の
魚種,漁法に対応させるにはTVGレベルを調整できるこ
とが不可欠であり、TVGレベルを変化させると理論曲線
から外れてしまう。
ここでTVGが理論曲線から外れたときの受信エコーに
ついて述べる。
第6図は、距離(深度)対の利得特性を示すTVG曲線
であり、Aが理論曲線に合致したTVG曲線であり、B及
びCが理論曲線より外れたTVG曲線を示している。これ
らの曲線A,B,Cに沿って受信利得を制御したときの受信
エコー像をそれぞれ第7図〜第9図に示している。第7
図において、51は海底像、52,53は魚鮮の像、54,55は単
体魚の像を示していて、魚鮮及び単体魚がすべて同じ大
きさのとき、図示したように深度に関係なく、同じ大き
さの像として得られる。しかるに、第8図では深海の目
標物程大きい像53′,55′として得られ、又、第9図で
は深海の目標物程小さい像53″,55″として得られる。
又、海底も異なった像51′,51″となる。このようにTVG
曲線が理論曲線から外れると、深度の異なる目標物から
のエコーレベルの大小関係が無意味となってしまい、利
用者に混乱を与えた。
この発明は、上述した問題点をなくすためになされた
ものであり、音波の伝搬損失を補償して同じ大きさの目
標物であれば深度に関係なくほぼ同一の反射エコーが得
られる水中探知装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明の水中探知装置は、超音波振動子により水中
に放射した音波の反射エコーを受信する増幅器に音波の
伝搬損失を補償できるようにTVG利得特性を持たせた水
中探知装置において、 TVG利得特性を示す計算式を記憶しており、前記計算
式に対し、目標物における伝播損失に合致するTVG曲線
を決定するための設定値、およびTVGを開始させるTVG開
始距離をそれぞれ係数値として入力してTVGテーブルメ
モリに記憶し、受信エコーのレベル強度に応じて設定し
たレベル値を、前記TVGテーブルメモリから読み出した
データに加算することで所望のTVG利得特性を得ること
を特徴とする。
[作用] 上記構成によれば、TVG曲線入力回路より入力された
設定値及びTVG開始距離入力回路より入力されたTVG開始
距離からCPUによって作成されたTVG曲線は、当該目標物
に対する音波の伝搬損失を表している。このTVG曲線
に、TVGレベル入力回路より入力されたTVGレベルが加算
器によって加算される。この加算された信号が増幅器に
おけるTVG利得信号として用いられるので、同じ大きさ
の目標物であれば、深度が異なっても音波の伝搬損失が
補償されるため、ほぼ同一の反射エコーが得られる。
又、加算器にて単純加算が行なわれるので、TVG曲線の
傾きは変化せず、そのため任意のTVGレベルを設定して
も、異なった深度からのエコーレベルの相対関係が保た
れるのでレベル強度から魚鮮の大小等の比較が行える。
[実施例] 第1図は、この発明の水中探知装置の1実施例を示す
概略ブロック図である。尚、送振ブロックは従来のもの
と同じなので受信ブロックのみ示している。
1は、超音波振動子にてなる送受波器であり、超音波
を放射するとともに、その超音波の反射エコーを受波す
る。2は、送受波器1で受波された反射エコーの信号を
TVGの利得特性でもって増幅する受信増幅器である。3
は、受信増幅器2におけるTVG利得特性を、伝搬損失を
表す理論曲線に合致すべく、TVG信号を出力するTVG出力
発生回路であり、4は、TVG出力発生回路3に各種設定
信号を与える操作部である。この3及び4の回路につい
ては後で詳しく述べる。
5は、表示回路であり、受信増幅器2よりの出力信号
をデジタル信号に変換するA/D変換器5aと、A/D変換器5a
よりの信号を記憶する画像メモリ5bと、画像メモリ5bに
記憶された画像データを表示する表示器5cとからなる。
6は、記録式水中探知装置の場合に設けられる記録回路
であり、ペンレコーダ6aと、受信増幅器2よりの信号を
増幅するペンレコーダ6a用の記録増幅器6bとよりなる。
第2図に、上記TVG出力発生回路3及び操作部4の詳
細ブロック図を示している。
操作部4において、4aは、受信エコーのレベルの強度
に応じてTVGのレベルを設定するためのTVGレベル入力回
路であり、4bは、目標物に対する伝搬損失に合致するTV
G曲線を決定するための定数値を入力するTVG曲線入力回
路であり、4cは、TVGを作用させる開始距離を入力する
ためのTVG開始距離入力回路である。
次にTVG出力発生回路3について述べる。CPU3aは、TV
Gレベル入力回路4aよりのTVGレベルをラッチ回路3bにラ
ッチさせるとともに、TVG曲線入力回路4bよりの設定値
及びTVG開始距離入力回路4cよりのTVG開始距離から、理
論曲線に合致するTVG曲線を作成してTVGテーブルメモリ
3cに記憶させる。
ここでTVG曲線の作成について説明する。
上記の(1)〜(3)式より、次式のTVG曲線CTVGが
得られる。
ここでR及びαは、伝搬距離及び吸収係数であり、A
は、前述したTVG曲線入力回路4bにより入力される数値
であり、目標物が海底の場合に2が入力され、単体魚の
場合には1の数値が入力される。Rstartは、TVG開始距
離入力回路4cより入力されるTVG開始距離である。
(4)式を変形すると、 CTVG=40/A×(log10A+log10R− log10Rstart)+2α(R−Rstart) …(5) となり、log10A,log10R,log10Rstartの各値をLOGテーブ
ルとして持っておけばCPU3aは複雑な計算をしなくても
済み、処理速度が上がる。LOGテーブル3dはそのために
設けられたものである。
次にTVG開始距離Rstartの入力によるTVGの有効深度に
ついて述べる。
(4)式においてRstartを1m及び2mとしたときについ
て考える。TVG利得可変幅は、受信装置の性能によって
決まるが、一般的な数値としてここでは50dBとし、目標
物を海底(A=2)とする。又、α≪1なので第2項は
無視する。
Rstart=1のとき、 50=20log10(2R)より、 R=1/2×1050/20≒158m Rstart=2のとき、 50=20log10(2・R/2)より、 R=1050/20≒316m となり、TVG開始距離Rstartを変えることにより、TVGが
作用する有効深度を可変することができる。
第3図には、TVGレベル及びTVG開始距離Rstartの変化
に伴うTVGの有効深度を示しており、Qx,Qy,Qzは、TVGレ
ベルをx,yまたはTVG開始距離をx,yとしたときにTVGが有
効に作用する深度範囲である。
第2図に戻り、DMA(ダイレクトメモリアクセス)コ
ントローラ3eは、TVGメモリ3cに記憶されたTVG曲線を読
み出してラッチ回路3fに記憶させるためのものである。
TVGテーブルメモリ3c内においては、第4図に示すよう
に、アドレスが深度に相当し、そのアドレスにはデータ
としてTVG値が格納されている。従ってDMAコントローラ
3eは、CPU3aからの距離クロックをカウントしてTVGテー
ブルメモリ3cに所定のアドレスを送出することにより、
このTVGテーブルメモリ3cよりTVG値が読み出される。こ
のようなDMAコントローラ3eを用いることにより、CPU3a
の負担が軽減される。
加算器3gは、ラッチ回路3bよりのTVGレベルと、ラッ
チ回路3fよりのTVG曲線とを加算して所望のTVG信号を出
力する。この加算器3gでは、両データの単純加算が行な
われるため、TVG曲線の傾きは変化せず、よって異なっ
た深度からのエコーレベルの相対関係は保たれる。TVG
出力は、デジタル量のままでも、あるいはD/A変換して
アナログ量としてでも出力できる。次に上記装置を用
い、目標物として深度150m前後の海底を探索する場合の
操作を説明する。TVGレベル入力回路4aにて、深度150m
の海底からの受信エコーのレベル強度に適したTVGレベ
ルを入力し、TVG曲線入力回路4bにより、目標物を海底
としたのでA=2を入力し、そして、150mの深度に対し
TVGが有効に作用するよう、TVG開始距離入力回路4cによ
り、TVG開始距離Rstartとして1mを入力する。これによ
り、TVG出力発生回路3より、伝搬損失を表す理論曲線
に合致するTVG曲線の信号が受信増幅器2に入力され
る。この状態にて、送受波器1より音波を放射すると、
その音波の反射エコーが送受波器1で受波され、そして
受信増幅器2にて増幅される。その際、前記TVG曲線の
利得でもって増幅され、音波の伝搬損失が補償されるの
で、他の深度にある魚鮮からの反射エコーと比較するこ
とにより、魚鮮密度や海底の底質を容易に知ることがで
きる。
第5図は、この発明の水中探知装置の別の実施例を示
しており、第1図の同じ部分については同一の符号を付
している。
送受波器1′は、ここでは多チャンネルの振動子アレ
イからなるものであり、各チャンネル毎の受信信号は、
ブロック毎に前置増幅器2Aで増幅された後、位相制御に
より、垂直方向のビームを形成する垂直方向ビームフォ
ーミング回路11に入力される。各垂直方向ビームフォー
ミング回路11よりの出力信号は、水平方向のビームを形
成する水平方向ビームフォーミング回路12に入力され、
この水平方向ビームフォーミング回路12よりの出力信号
は、主増幅器2Bにて増幅された後、表示回路5のA/D変
換器5aに入力される。TVG出力発生回路3よりのTVG出力
は、名前置増幅器2Aあるいは主増幅器2Bに送出される。
上記の構成のごとく、送受波器1′より得られる受信
エコーに対して垂直方向と水平方向とのビーム形成が行
なわれることにより、特定方向からの受信エコーの識別
が可能となり、よって、不要なエコーを除去して所望の
エコーのみを選択的に検出できる。
[発明の効果] この発明によれば、TVG曲線入力回路より入力した設
定値及びTVG開始距離入力回路より入力したTVG開始距離
から作成したTVG曲線に、TVGレベル入力回路より入力し
たTVGレベルを加算したものを受信増幅器におけるTVG利
得信号として用いたので、同じ目標物であれば、深度ま
たは距離が異なっても音波の伝搬損失が補償され、ほぼ
同一の反射エコーが得られる。又、TVGレベルは加算器
にて単純加算が行なわれるので、TVG曲線の傾きは変化
せず、そのため任意のTVGレベルを設定しても、異なっ
た深度からのエコーレベルの相対関係が保たれるのでレ
ベル強度から魚鮮の大小等の比較が行える。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の水中探知装置の1実施例を示す概略
ブロック図、第2図は、第1図におけるTVG発生回路及
び操作部の詳細を示すブロック図、第3図は、TVGレベ
ル及びTVG開始距離の変化に伴うTVGの作用する有効深度
を示す図、第4図は、第2図におけるTVGテーブルメモ
リにおける読み出しを説明するための図、第5図は、種
々のTVG曲線を示す図、第6図は、この発明の水中探知
装置の別の実施例を示す概略ブロック図、第7図ないし
第9図は、第5図におけるTVG曲線でもって受信利得を
制御したときの受信エコーの像を示す図である。 1,1′……送受波器、2……受信増幅器、 3……TVG出力発生回路、3a……CPU、 3b,3f……ラッチ回路、 3c……TVGテーブルメモリ、 3d……LOGテーブル、 3e……DMAコントローラ、3g……加算器、 4……操作部、4a……TVGレベル入力回路、 4b……TVG曲線入力回路、 4c……TVG開始距離入力回路、 5……表示回路、6……記録回路、 2B……前置増幅器、2B……主増幅器、 11……垂直方向ビームフォーミング回路、 12……水平方向ビームフォーミング回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 稔 兵庫県西宮市芦原町9番52号 古野電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−52047(JP,A) 特開 昭61−138187(JP,A) 実開 昭61−167570(JP,U) 特公 昭49−22670(JP,B1) 特公 昭53−42592(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波振動子より水中に放射した音波の反
    射エコーを受信する増幅器に音波の伝搬損失を補償でき
    るようにTVG利得特性を持たせた水中探知装置におい
    て、 TVG利得特性を示す計算式を記憶しており、前記計算式
    に対し、目標物における伝播損失に合致するTVG曲線を
    決定するための設定値、おそびTVGを開始させるTVG開始
    距離をそれぞれ係数値として入力してTVGテーブルメモ
    リに記憶し、受信エコーのレベル強度に応じて設定した
    レベル値を、前記VTGテーブルメモリから読み出したデ
    ータに加算することで所望のTVG利得特性を得ることを
    特徴とする水中探知装置。
  2. 【請求項2】上記のTVG利得特性を示す計算式は次式で
    与えられ、 CTVG=40/A×(log10A+log10R−log10Rstart)+2α(R−Rstart) この式においてAは目標物における伝播損失に合致する
    TVG曲線を決定するための設定値、RstartはTVG開始距離
    である請求項1記載の水中探知装置。
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