JP2759710B2

JP2759710B2 - 水中探知装置

Info

Publication number: JP2759710B2
Application number: JP51325491A
Authority: JP
Inventors: 靖西森
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-05-28

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明は、広範囲方向の水中を探査する水中探知装
置に関する。特に、広範囲方向の探査領域から到来する
超音波信号のキャリア角周波数（又はキャリア周波数）
を検出することができる水中探知装置に関する。更に、
この検出された到来する超音波信号のキャリア角周波数
（又はキャリア周波数）に基づいて移動する物標をキャ
リア角周波数に対応する予め定められた色にてカラー表
示する装置に関する。

以下、この発明を移動する物標、例えば魚群を探知
し、魚群によって反射される超音波信号の搬送波の角周
波数を検出し、この検出された角周波数に基づいて魚群
を移動速度に応じた異なる色にて表示する水中探知装置
に実施する場合につき説明する。

背景技術魚群が遊泳しておれば、魚群から反射される超音波エ
コーは、ドップラー効果により周波数偏移（ドッブラー
シフト）を受けるので、このドップラーシフト量を検出
することにより、海底のような固定物体からの超音波エ
コーと識別することができ、また、魚群の移動速度の大
小等の判別ができて都合がよい。

そのため、従来の水中探知装置には、ドップラーシフ
ト量を検出するようにしたものが提供されている（たと
えば、特開昭57−29975号参照）。

しかしながら、従来の装置は、特定の一方向から到来
する超音波エコーのドップラーシフト量を検出すること
ができるだけであり、全方位から到来する超音波エコー
のドップラーシフト量までは検出することができなかっ
た。このため、魚群の移動速度の大小等の情報を広範囲
に、かつ短時間の内に把握することができなかった。

発明の開示この発明の目的は、広範囲方向から到来する各超音波
信号を発生する物体の速度に関する情報を短時間に得る
ことができる水中探知装置を提供することである。

この発明の他の目的は、広範囲方向から到来する超音
波信号を捕捉しこの受信された超音波信号に基づいてこ
の信号を発生した物標を、移動速度に応じた異なる色に
て表示する水中探知装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、この広範囲方向から到来する
超音波信号を捕捉しこの受信された超音波信号の搬送波
の角周波数を検出することを特徴とする水中探知装置を
提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、広範囲方向から到来するその
搬送周波数が既知の超音波信号を捕捉しこの受信された
超音波信号に基づいてこの信号を発生した物標を、移動
速度に応じた異なる色にて表示する水中探知装置を提供
することを目的とする。

この発明の他の目的は、広範囲方向に超音波探知信号
を発射し、この広範囲方向から帰来するエコー信号を捕
捉しこの受信されたエコー信号に基づいて探知信号を反
射した物標を、移動速度に応じた異なる色にて表示する
水中探知装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、広範囲方向に超音波探知信号
を発射し、この広範囲方向から帰来し捕捉されたエコー
信号の搬送波の角周波数（又は周波数）を検出すること
を特徴とする水中探知装置を提供することを目的とす
る。

この発明の他の目的は、広範囲方向から到来する超音
波信号のキャリア角周波数を検出できるようにして、魚
群の移動速度の大小や移動方向等の情報を広範囲にかつ
短時間の内に把握できるようにすること、さらにはキャ
リア角周波数そのものが分かるようにして、干渉波を除
去できるようにすることである。

この発明の第１の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向の互いに異なる方向を順次探査し、広範囲方向の各方
向から到来する超音波信号を少なくとも二度受信する超
音波受波手段と、広範囲内の同じ方向から到来し前記受
波手段により捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を
検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づ
いて受信信号の角周波数を算出する算出手段とを具備す
ることである。

この発明の第２の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向の互いに異なる方向を順次探査し、広範囲方向の各方
向から到来する超音波信号を一定の時間間隔にて受信す
る超音波受波手段と、各方向ごとに捕捉される各々の受
信信号について前記時間差を補正し、各超音波受信ビー
ム間の時間差を無くす時間補正手段と、同じ方向から到
来し前記受波手段により捕捉された受信信号の搬送波間
の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位
相差に基づいて受信信号の角周波数（又は周波数）を算
出する算出手段とを具備することである。

この発明の第３の特徴は、水中探知装置が、複数の超
音波受信ビームを互いに一定の時間差でもって基準点を
中心に回転させる超音波受波手段と、前記各超音波受信
ビームにより捕捉される各々の受信信号について前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、前記複数の超音波受信ビームのそれぞ
れにより捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を検出
する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて
受信信号の角周波数を算出する算出手段とを具備するこ
とである。

この発明の第４の特徴は、水中探知装置が、第１及び
第２の超音波受信ビームを互いに一定の時間差でもって
基準点を中心に同じ方向に回転させる超音波受波手段
と、前記第１の超音波受信ビームにより捕捉されたある
方向から到来した受信信号を前記第２の超音波受信ビー
ムにより捕捉された同じ方向から到来した信号に対し前
記時間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無
くす時間補正手段と、前記第１の超音波受信ビームによ
り捕捉され前記時間補正手段から送出される受信信号と
前記第２の超音波受信ビームにより捕捉される信号とを
検波する直交検波手段と、該直交検波手段の出力信号に
基づいて前記第１及び第２の超音波受信ビームのそれぞ
れにより捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を検出
する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて
受信信号の角周波数を算出する算出手段とを具備するこ
とである。

この発明の第５の特徴は、水中探知装置が、円上に等
間隔に配置される多数の超音波振動子で構成される超音
波受波手段と、前記多数の超音波振動子との接続を切り
換えて前記多数の超音波振動子の内の所定数の超音波振
動子を順次選択する第１の切換手段と、該第１の切換手
段を介して供給される前記所定数の超音波振動子の出力
信号を位相合成し互いに移相が90゜異なる信号を送出す
る第１及び第２の位相合成手段と、前記第１の切換手段
が選択する所定数の前記超音波振動子を予め定められる
時間後前記多数の超音波振動子との接続を切り換えて順
次選択する第２の切換手段と、該第２の切換手段を介し
て供給される前記所定数の超音波振動子の出力信号を位
相合成し互いに移相が90゜異なる信号を送出する第３及
び第４の位相合成手段と、第１及び第２の位相合成手段
が送出する信号についてそれぞれ前記時間補正し第３及
び第４の位相合成手段が送出する信号との時間差を無く
す時間補正手段と、該時間補正手段の出力信号と前記第
３及び第４の位相合成手段の出力信号とに基づいて第１
の切換手段が送出する受信信号と第２の切換手段が送出
する受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出
手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周
波数を算出する算出手段とを具備することである。

この発明の第６の特徴は、水中探知装置が第１及び第
２の受波用超音波振動子を互いに一定の時間差でもって
広範囲方向の互いに異なる各方向を順次指向させる超音
波受波手段と、前記第１の超音波振動子により捕捉され
る受信信号を前記第２の超音波振動子により捕捉される
信号に対し前記時間差を補正し、両振動子間の時間差を
無くす時間補正手段と、インパルス応答hc（ｔ）を有し
前記時間補正手段の出力信号をパルス圧縮する第１のマ
ッチドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記
時間補正手段の出力信号をパルス圧縮する第２のマッチ
ドフィルタと、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記第２
の超音波振動子により捕捉される受信信号をパルス圧縮
する第３のマッチドフィルタと、インパルス応答hs
（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子により捕捉される
受信信号をパルス圧縮する第４のマッチドフィルタと、
第１乃至第４のマッタドフィルタの出力信号に基づいて
前記第１及び第２の超音波振動子が捕捉した受信信号の
搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬
送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算出する
算出手段とを具備することである。

この発明の第７の特徴は、水中探知装置が広範囲方向
の各方向から到来する超音波信号を単一の受波ビームを
所定の周期で回転させて受信する超音波受波手段と、各
方向ごとに捕捉される各々の受信信号について前記所定
の周期の時間差を補正し、周期に起因する信号捕捉時間
差を無くす時間補正手段と、同じ方向から到来し前記受
波手段により捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を
検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づ
いて受信信号の角周波数を算出する算出手段とを具備す
ることである。

この発明の第８の特徴は、水中探知装置がリニア状に
配列された多数の超音波振動子を所定周期でもって繰り
返し走査しながら、到来する超音波信号を受信する超音
波受信器を有するとともに、この超音波受信器で得られ
る受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換回路と、こ
のフーリエ変換回路でのフーリエ変換結果に基づいて受
信信号の位相スペクトラムを求める位相スペクトラム演
算回路と、この位相スペクトラム演算回路で得られた位
相スペクトラムに基づいて、超音波振動子の今回の走査
で得られた受信信号とそれ以前の走査で得られた受信信
号についての各位相を引き算して、超音波信号の各到来
方向ごとの位相差を求める位相差算出回路と、前記位相
差算出回路で検出された各受信信号の位相差に基づいて
物標からの超音波信号のキャリア角周波数を算出するキ
ャリア角周波数算出回路を備えることである。

この発明の第９の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向の互いに異なる方向を順次探査し、広範囲方向の各方
向から到来する超音波信号を少なくとも二度受信する超
音波受波手段と、広範囲内の同じ方向から到来し前記受
波手段により捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を
検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づ
いて受信信号の角周波数を算出する算出手段と、この角
周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に基づ
いて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色信号
生成手段と、この色信号生成手段の出力信号を表示する
表示手段とを具備することである。

この発明の第10の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス信号を発
射する超音波送信手段と、広範囲方向の互いに異なる方
向を順次探査し、広範囲方向の各方向から到来する超音
波信号を少なくとも二度受信する超音波受波手段と、広
範囲内の同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉さ
れた受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出
手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周
波数を算出する算出手段と、この角周波数算出手段が送
出する角周波数を表わす信号に基づいて角周波数に対応
する所定の色信号を送出する色信号生成手段と、この色
信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とで構成さ
れることである。

この発明の第11の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス信号を発
射する超音波送信手段と、広範囲方向の互いに異なる方
向を順次探査し、広範囲方向の各方向から到来する超音
波信号を一定の時間間隔にて受信する超音波受波手段
と、広範囲内の同じ方向から到来し前記受波手段により
捕捉された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相
差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号
の角周波数を算出する算出手段と、この角周波数算出手
段が送出する角周波数を表わす信号に基づいて角周波数
に対応する所定の色信号を送出する色信号生成手段と、
この色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とで
構成されることである。

この発明の第12の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス信号を発
射する超音波送信手段と、第１及び第２の受波用超音波
振動子を互いに一定の時間差でもって広範囲方向の互い
に異なる各方向を順次指向させる超音波受波手段と、前
記第１の超音波振動子により捕捉される受信信号を前記
第２の超音波振動子により捕捉される信号に対し前記時
間差を補正し、両振動子間の時間差を無くす時間補正手
段と、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記時間補正手段
の出力信号をパルス圧縮する第１のマッチドフィルタ
と、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記時間補正手段の
出力信号をパルス圧縮する第２のマッチドフィルタと、
インパルス応答hc（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子
により捕捉される受信信号をパルス圧縮する第３のマッ
チドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記第
２の超音波振動子により捕捉される受信信号をパルス圧
縮する第４のマッチドフィルタと、第１乃至第４のマッ
チドフィルタの出力信号に基づいて前記第１及び第２の
超音波振動子が捕捉した受信信号の搬送波間の位相差を
検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づ
いて受信信号の角周波数を算出する算出手段と、該角周
波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に基づい
て角周波数に対応する所定の色信号を送出する色信号生
成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示
手段とで構成されることである。

この発明の第13の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス信号を発
射する超音波送信手段と、広範囲方向の各方向から到来
する超音波信号を単一の受波ビームを所定の周期で回転
させて受信する超音波受波手段と、各方向ごとに捕捉さ
れる各々の受信信号について前記所定の周期の時間差を
補正し、周期に起因する信号捕捉時間差を無くす時間補
正手段と、同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉
された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検
出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角
周波数を算出する算出手段と、該角周波数算出手段が送
出する角周波数を表わす信号に基づいて角周波数に対応
する所定の色信号を送出する色信号生成手段と、該色信
号生成手段の出力信号を表示する表示手段とで構成され
ることである。

この発明の第14の特徴は、水中探知装置が、広範囲方
向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス信号を発
射する超音波送信手段と、リニア状に配列された多数の
超音波振動子を所定周期でもって繰り返し走査しなが
ら、到来する超音波信号を受信する超音波受信器を有す
るとともに、この超音波受信器で得られる受信信号をフ
ーリエ変換するフーリエ変換回路と、このフーリエ変換
回路でのフーリエ変換結果に基づいて受信信号の位相ス
ペクトラムを求める位相スペクトラム演算回路と、この
位相スペクトラム演算回路で得られた位相スペクトラム
に基づいて、超音波振動子の今回の走査で得られた受信
信号とそれ以前の走査で得られた受信信号についての各
位相を引き算して、超音波信号の各到来方向ごとの位相
差を求める位相差算出回路と、前記位相差算出回路で検
出された各受信信号の位相差に基づいて物標からの超音
波信号のキャリア角周波数を算出するキャリア角周波数
算出回路と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を
表わす信号に基づいて角周波数に対応する所定の色信号
を送出する色信号生成手段と、該色信号生成手段の出力
信号を表示する表示手段とで構成されることである。

第１図を参照して、この発明の一実施例の原理を説明
する。

第１図において、２つの超音波受波ビームＰ、Ｑは、
２つの超音波受波器によりそれぞれ形成される。これら
２つの超音波受波器は、常に所定角度θだけ離れた関係
を保ちつつ、水平面上をＯを中心として定速度で回転す
る。これに伴い、２つの超音波受波ビームＰ、Ｑは、常
に所定角度θだけ離れた関係を保ちつつ、水平面上をＯ
を中心として定速度で回転して水中を走査する。従っ
て、第２図に示すように、各超音波受信ビームＰ、Ｑ
は、例えば一つの方向（この例ではｙ方向）から到来す
る超音波エコー信号を一定の時間差τでもって受波する
ことになる（第２図（ａ）、第２図（ｂ）参照）。ま
た、各超音波受波ビームＰ、Ｑを形成する超音波受波器
は所定の速度で回転するので、物標により発生され到来
する超音波信号に対してドップラー効果を生じる。

従って、いま、時間的にτだけ先行する一つの超音波
受信ビームＰに着目した場合、この超音波受信ビームＰ
で得られる受信信号をｐ（ｔ）とすると、この信号ｐ
（ｔ）は、次式で記述される。

ｐ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）・cos｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋
β｝（１）ここに、Ｓ（ｔ）は、超音波受信ビームの指向特性と
水平方向に走査する走査速度とで決まる振幅項、co
s｛｝は位相項で、ωは物標から到来する超音波信号の
キャリア角周波数、αは到来する超音波信号の初期位
相、βは受信系で発生する位相ずれ、ｍ（ｔ）は各超音
波受信ビームを旋回走査しながら物標から到来する超音
波信号を受信することにより生じるドップラー効果によ
る変調項（従って、各超音波受信ビームＰ、Ｑが停止あ
るいは超音波信号の到来方向であるｙ方向に直交するｘ
方向に移動する場合はｍ（ｔ）＝０となる）である。故
に、上記の（１）式において、ωｔ＋αは到来する超音
波信号の位相を、ｍ（ｔ）＋βは超音波受信ビームＰの
旋回走査に起因する位相変化分をそれぞれ表している。

次に、他方の超音波受信ビームＱで得られる受信信号
をｑ（ｔ）とすると、到来する超音波信号の位相は、他
方の超音波信号ビームＰで得られる受信信号の場合と同
じでωｔ＋αであるが、超音波受信ビームＱの旋回走査
に起因する位相変化はｍ（ｔ−τ）＋βとなる。従っ
て、この超音波受信ビームＱの受信信号ｑ（ｔ）は、次
式で記述される。

ｑ(t)＝Ｓ(ｔ−τ)・cos{ωｔ＋α＋ｍ(ｔ−τ)＋β} （２）二つの超音波受信ビームＰ、Ｑの旋回走査による時間
差τの影響をなくすために、（１）式の信号ｐ（ｔ）を
時間差τだけ遅延させると（第２図（ｃ）参照）、その
受信信号ｐτ（ｔ）は、ｐτ（ｔ）＝Ｓ（ｔ−τ）・cos{ω(ｔ−τ)＋α＋ｍ(ｔ−τ)＋
β} ＝Ｓ（ｔ−τ）・cos{ωｔ＋α＋ｍ(ｔ−τ)＋β−ω
τ} （３）となる。

（２），（３）式の受信信号ｑ（ｔ）、ｐτ（ｔ）の
位相差をΔψとすると、この位相差Δψは物標から到来
する超音波信号のキャリア角周波数に起因している。こ
こで、上記の両式を比較すると明らかなように、Δψ＝
ωτであり、よって、 ω＝Δψ／τ （４）となる。

ここに、時間差τは既知であるから、ｐτ（ｔ）とｑ
（ｔ）の両信号の位相差Δψを検出することができれ
ば、（４）式に基づいて超音波信号のキャリア角周波数
ωを決定することができる。

第12図を参照してこの発明の一実施例の動作原理を説
明する。

図12に示すように、いま、二次元平面（x,y）上にお
いて、ｘ軸上に超音波受信器Ｔが配置され、この超音波
受信器Ｔは、無指向性の超音波振動子ｓをｘ軸に沿って
リニア状に多数配列して構成されているものとし、この
超音波受信器Ｔに対して、ｙ軸と一定角度θの方向に進
行する超音波信号（平面波）が到来するものとする。

このとき、超音波受信器Ｔに到来する超音波信号ｐ
（x,y,t）は、次式で記述される。

ｐ（x,y,t）＝p_o・cos｛ｘ・ｋ・sinθ＋ｙ・ｋ・cosθ−ω・ｔ｝（33）ここで、p_oは到来する超音波信号の音圧、cos｛｝は
位相項で、x,yは座標位置、ｋは波長定数（＝２π／
λ、λは波長）ωは到来する超音波信号のキャリア周波
数、ｔは時間である。初期位相は便宜上０とおく。

したがって、ｘ軸上の音場はｙ＝０とおいて、ｐ（x,t）＝p_o・cos（ｘ・ｋ・sinθ−ω・ｔ）（34）いま、各超音波振動子ｓからの各出力を一定速度ｕで
切り換えるとすれば、各超音波振動子ｓの位置ｘは、ｘ＝ｕ・ｔ（35）となる。

（35）式を（34）式に代入すれば、ｐ（ｔ）＝p_o・cos｛（ｕ・ｋ・sinθ−ω）・ｔ｝
（36）音圧p_oの超音波信号入力に対する超音波受信器Ｔから
の受信信号出力をv_oとすれば、この超音波受信器Ｔの受
信感度Ｇは、Ｇ＝v_o/p_oであるから、到来する超音波信
号ｐ（ｔ）に対する受信信号出力ｖ（ｔ）はＧ・ｐ
（ｔ）であり、したがって（36）式は次のようになる。

ｖ（ｔ）＝v_o・cos｛（ｕ・ｋ・sinθ−ω）・ｔ｝
（37）（37）式をみると、これはｘ軸上を１個の超音波振動
子ｓが速度ｕで走査されつつ、超音波信号を受信する場
合に得られる受信信号と等価である。

ここで、ｖ（ｔ）の空間周波数２πｆ＝ｕ・ｋ・sin
θ−ωであるから、ｖ（ｔ）をフーリエ変換してパワー
スペクトラムを求めれば、u,k,ω,Gがいずれも既知なら
ば、超音波受信器Ｔに対して到来する超音波信号の方位
θと振幅p_oとを求め得る。

次に、（35）式に対して、Δｔだけ遅れて各超音波振
動子ｓの出力を一定速度ｕで切り換えることを考える。

このとき、各超音波振動子ｓの位置ｘは、ｘ＝ｕ・（ｔ−Δｔ）（38）これを（34）式に代入すると、ｐ（ｔ）＝p_o・cos｛ｕ・（ｔ−Δｔ）・ｋ・sinθ−ω・ｔ｝＝p_o・cos｛（ｕ・ｋ・sinθ−ω）・ｔ−ｕ・Δｔ・ｋ・sinθ｝（39）よって、各超音波振動子ｓから出力される受信信号を
ｖ（ｔ）とすれば、（39）式は次のようになる。

ｖ（ｔ）＝v_o・cos｛（ｕ・ｋ・sinθ−ω）・ｔ−ｕ・Δｔ・ｋ・sinθ｝（40）一方、（37）式の受信信号ｖ（ｔ）をΔｔ分だけ遅延
させると、その受信信号ｖ（ｔ−Δｔ）は、ｖ（ｔ−Δｔ）＝v_o・cos｛（ｕ・ｋ・sinθ−ω）・
（ｔ−Δｔ）｝＝v_ｏ・cos{(u・k・sinθ−ω)・t-u・Δt・
k・sinθ＋ω・Δt} （41）（40）式の受信信号ｖ（ｔ）と、（41）式の受信信号ｖ
（ｔ−Δｔ）との位相差をΔψとすると、 Δψ＝ω・Δｔ（42）であり、位相差Δψは、物標から到来する超音波信号の
キャリア周波数ωに関係する。

ここで、時間差Δｔを、たとえば、超音波受信器Ｔの
各超音波振動子ｓを切り換える繰り返し走査周期に一致
させておけば、Δｔは既知であるから、位相差Δψを求
めれば、キャリア周波数ωは、 ω＝Δψ／Δｔ（43）として決定し得る。

そして、このキャリア周波数ωの変化に基づいて移動
物標に関するドップラーシフト量を検出することができ
る。

キャリア周波数ωを検出するためには、本発明では、
（41）式に基づく受信信号ｖ（ｔ−Δｔ）と、（40）式
に基づく受信信号ｖ（ｔ）について、それぞれフーリエ
変換して位相スペクトラムを求め、各空間周波数成分ご
とに両信号の位相を引き算して位相差Δψを求める。そ
して、求めた位相差ΔψをΔｔで除算してωに変換すれ
ば、各空間周波数成分２πｆ（したがって超音波信号の
各到来方向θ）ごとに、その超音波信号のキャリア角周
波数ωを決定し得る。

図面の簡単な説明第１図は、この発明の一実施例の原理を説明するため
の図である。

第２図は、第１図に示す超音波受波器により捕捉さ
れ、この発明の一実施例の原理を説明するための波形図
である。

第３図は、この発明の一実施例のブロック図である。

第４図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第５図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第６図は、第５図に示す実施例に用いられる位相合成
回路の詳細を示すブロック図である。

第７図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第８図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第９図は、第３図、第４図、第５図、第７図又は第８
図に用いられている位相差検出回路の代わりに使用する
ことができる位相差検出回路のブロック図である。

第10図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第11図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第12図は、この発明の一実施例の原理を説明するため
の図である。

第13図は、この発明の他の実施例のブロック図であ
る。

第14図は、この発明の水中探知装置で得られるパワー
スペクトラムと位相パワースペクトラムを示す。

全図を通して、同じ符合が付されているものは、同じ
機能を行なうものとする。

実施例実施例１第３図において、送波器101は制御器102から供給され
るタイミング信号に応答して超音波探知パルス信号を広
範囲方向に発射する。符号１は超音波受波器であり、こ
の超音波受波器１は、２つの超音波振動子1p、1qで構成
され、第１図に示すようにこの超音波振動子1p、1qが常
に所定角度θだけ離れた関係を保ちつつ、水平面上を定
速度で基準点を中心に機械的に回転させられ、これらの
超音波振動子1p、1qにより形成される受信ビームP,Qが
水平方向に水中を走査する。従って、同一方向から到来
する超音波エコー信号を各超音波振動子1p、1qによりそ
れぞれ受波して得られる各受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）
の内、一方の受信信号ｑ（ｔ）は、他方の受信信号ｐ
（ｔ）よりも一定の時間差τだけ遅れて出力されること
になる。

2p、2qは各超音波振動子1p、1qが受波する超音波エコ
ー信号を増幅する前段増幅器である。３は一方の超音波
振動子1pで得られる受信信号を上記の時間差τ分だけ遅
延させて、超音波振動子1p、1q間の間隔に起因した受信
信号の時間差を無くす遅延回路である。５は、回転する
各超音波振動子1p、1qがそれぞれ形成する受波ビームの
旋回走査により得られる各々の受信信号ｐ（ｔ）、ｑ
（ｔ）を直交検波する直交検波回路であり、互いに位相
が90゜ずれた参照信号を発生する２つの参照信号発生器
4c、4sと、両参照信号発生器4c、4sからの参照信号を受
信信号に対して掛け算する４つの掛け算器6p₁、6p₂、6q
₁、6q₂と、各掛算器6p₁、6p₂、6q₁、6q₂で得られた受信
信号に含まれる高調波成分を除く４つのローパスフィル
タ8p₁、8p₂、8q₁、8q₂とからなる。

12は直交検波回路５を通った各受信信号について、物
標からの超音波エコーのドップラー効果に基づく相互の
位相差を検出する位相差検出回路であり、４つの掛算器
12p₁、12p₂、12q₁12q₂と、２つの加算器14p、14qと、両
加算器14p、14qの出力に基づいて位相差を算出する演算
部16とからなる。18は位相差検出回路12で検出された各
受信信号の位相差に基づいてキャリア角周波数を算出す
る算出回路である。

角周波数−色変換器103は、算出回路18から供給され
るエコー信号の搬送波の角周波数を表わす信号を予め定
められる角周波数と色との関係に従って対応する色信号
に変換して表示器104へ供給する。表示器104は、例えば
陰極線管で構成され、制御器102により制御された角周
波数−色変換器103の出力信号をエコー信号の搬送波の
角周波数に応じて異なる色にて表示する。

次に、上記構成の水中探知装置の動作について説明す
る。

超音波探知パルス信号が送波器101から送信される。
超音波受波器１を構成する２つの超音波振動子1p、1q
は、第１図に示すように常に所定角度θだけ離れた関係
を保ちつつ、水平面上を一定速度で回転する。超音波エ
コーが特定方位から到来すると、その超音波エコー信号
は、受波ビームをそれぞれ形成する各超音波振動子1p、
1qで捕捉される。受波されたエコー信号ｐ（ｔ）、ｐ
（ｔ）は、前記（１）、（２）式で記述される。そし
て、これらの受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）が前段増幅器
2p、2qで増幅され、続いて一方の受信信号ｐ（ｔ）が遅
延回路３で前記の時間差τ分だけ遅延される。したがっ
て、その受信信号ｐτ（ｔ）は（３）式で記述される。
これらの受信信号ｐτ（ｔ）、ｑ（ｔ）は、直交検波回
路５の各掛算器6_p1、6_p2、6_q1、6_q2にそれぞれ入力され
る。

一方、直交検波器回路５の各参照信号発生器4c、4sか
らは、中心周波数が超音波の送信周波数と同じで位相が
互いに90゜異なる参照信号cosω_ot、sinω_otがそれぞれ
出力され、この一方の参照番号cosω_otが２つの各掛算
器6_p1、6_q1に、他方の参照信号sinω_otが残りの２つの
掛算器6_p2、6_q2にそれぞれ与えられる。従って、各掛算
器6_p1、6_p2、6q₁、6q₂の出力は、次のようになる。

ｐτｃ（ｔ）＝ｐτ（ｔ）・cosω_ot ＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝［cos｛ω（ｔ−τ）＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β＋ω_ot｝＋cos｛ω ・（ｔ−τ）＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ω_ot｝］（10）ｐτｓ（ｔ）＝ｐτ（ｔ）・sinω_ot ＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝［sin｛ω（ｔ−τ）＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β＋ω_ot｝−sin｛ω ・（ｔ−τ）＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ω_ot｝］（11） qc（ｔ）＝ｐ（ｔ）・cosω_ot ＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝［cos｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ −τ）＋β＋ω_ot｝＋cos｛ωｔ＋α＋ｍ・（ｔ−τ）＋β＋ω_ot｝］（12） qs（ｔ）＝ｑ（ｔ）・sinω_ot ＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝［sin｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ −τ）＋β＋ω_ot｝＋sin｛ωｔ＋α＋ｍ・（ｔ−τ）＋β＋ω_ot｝］（13）これらの信号は次段のローパスフィルタ8p₁、8p₂、8q
₁、8q₂によって高調波成分が除かれることにより、次の
ようになる。

ｐτｃ（ｔ）′＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝・cos｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α ＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ωτ｝（14）ｐτｓ（ｔ）′＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝・sin｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α ＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ωτ｝（15） qc（ｔ）′＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝・cos｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α ＋ｍ（ｔ−τ）＋β｝（16） qc（ｔ）′＝｛Ｓ（ｔ−τ）/2｝・sin｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α ＋ｍ（ｔ−τ）＋β｝（17）そして、直交検波して得られた各信号ｐτｃ
（ｔ）′、ｐτｓ（ｔ）′、qc（ｔ）′、qs（ｔ）′が
それぞれ位相差検出回路12に与えられている。

位相差検出回路12では、これらの信号に基づいて各超
音波振動子1p、1qから超音波エコーを受波して得られる
受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）の位相差ωτを検出する。
すなわち、両受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）の位相差ωτ
は、直交検波した信号を用いて、次式で記述される。

tanωτ＝｛ｐτｓ（ｔ）′qc（ｔ）′＋ｐτｃ（ｔ）′qs（ｔ）′｝／｛ｐτｃ（ｔ）′・qc（ｔ）′＋ｐτｓ（ｔ）′・qs（ｔ）′｝（18）したがって、各掛算器12p₁、12p₂、12q₁、12q₂では、
ｐτｃ（ｔ）′・qc（ｔ）′、ｐτｓ（ｔ）′・qs
（ｔ）′、ｐτｓ（ｔ）′・qc（ｔ）′、ｐτｃ
（ｔ）′qs（ｔ）′がそれぞれ算出され、次の加算器14
p、14qでは、ｐτｃ（ｔ）′・qc（ｔ）′＋ｐτｓ
（ｔ）′・qs（ｔ）′＝Ａ、ｐτｓ（ｔ）′・qc
（ｔ）′＋ｐτｃ（ｔ）′・qs（ｔ）′＝Ｂとして各
Ａ、Ｂの値が算出される。引き続いて、演算部16では両
加算器14p、14qの出力Ａ、Ｂに基づいて、tan^-1（B/A）
を求める。これらの演算の結果、 tan^-1（B/A）＝ωτ＝Δψ （19）となるから、これにより、各超音波振動子1p、1qで得ら
れる受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）の位相差Δψが求ま
る。

そして、この位相差Δψの値が算出回路18に送出され
るので、算出回路18は、前述の（４）式に基づいてキャ
リア角周波数ωを算出する。

算出回路18から送出されるエコー信号のキャリア角周
波数ωを表わす信号は、角周波数−色信号変換器103で
対応する色信号に変換され表示器104に表示される。従
って、被探知物体は、その移動速度に応じた色にて表示
される。

第２実施例第４図において、符号１は超音波受波器であり、この
超音波受波器１は、２つの超音波振動子1p、1qで構成さ
れ、第１図に示すようにこの超音波振動子1p、1qが常に
所定角度θだけ離れた関係を保ちつつ、水平面上を定速
度で基準点を中心に機械的に回転させられ、これらの超
音波振動子1p、1qにより形成される受信ビームP,Qが水
平方向に水中を走査する。従って、同一方向から到来す
る超音波信号を角超音波振動子1p、1qによりそれぞれ受
波して得られる各受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）の内、一
方の受信信号ｑ（ｔ）は、他方の受信信号ｐ（ｔ）より
も一定の時間差τだけ遅れて出力されることになる。

2p、2qは各超音波振動子1p、1qが受波する超音波信号
を増幅する前段増幅器である。３は一方の超音波振動子
1pで得られる受信信号を上記の時間差τ分だけ遅延させ
て、超音波振動子1p、1q間の間隔に起因した受信信号の
時間差を無くす遅延回路である。５は、回転する各超音
波振動子1p、1qがそれぞれ形成する受波ビームの旋回走
査により得られる各々の受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）を
直交検波する直交検波回路であり、互いに位相が90゜ず
れた参照信号を発生する２つの参照信号発生器4c、4s
と、両参照信号発生器4c、4sからの参照信号を受信信号
に対して掛け算する４つの掛け算器6p₁、6p₂、6q₁、6q₂
と、各掛算器6p₁、6p₂、6q₁、6q₂で得られた受信信号に
含まれる高調波成分を除く４つのローパスフィルタ8
p₁、8p₂、8q₁8q₂とからなる。

12は直交検波回路５を通った各受信信号について、物
標からの超音波信号のドップラー効果に基づく相互の位
相差を検出する位相差検出回路であり、４つの掛算器12
p₁、12p₂、12q₁12q₂と、２つの加算器14p、14qと、両加
算器14p、14qの出力に基づいて位相差を検出する演算部
16とからなる。18は位相差検出回路12で検出された各受
信信号の位相差に基づいてキャリア角周波数を算出する
算出回路である。

超音波受波器１が到来する超音波信号を受信して、算
出回路18がこの超音波信号のキャリア角周波数を表わす
信号を送出するまでの動作は、第３図に示すこの発明の
一実施例の対応する構成部分の動作と同じである。この
実施例の主要な構成部分の出力信号は、上記の式（１）
乃至式（18）によって表わすことができる。

このようにして、超音波振動子1p、1qの回転に応じて
上記のキャリア角周波数ωを連続的に算出することによ
り、全方向から到来する超音波信号のキャリア角周波数
ωを検出することができる。

更に、第４図において、被探知物体が発生する超音波
信号の搬送波の角周波数が既知の場合には、第３図に示
す実施例におけると同じように角周波数−色信号変換器
103と表示器104とを設けて、広範囲から到来する信号を
物標の移動速度に応じて異なる色にて表示する。

また、被探知物体が発生する超音波信号の搬送波の角
周波数が既知でない場合でも、広範囲方向から到来する
超音波信号のキャリア角周波数ωを所定時間監視するこ
とにより、被探知物体の移動速度及びその移動方向を検
出することができる。

実施例３第５図及び第６図は、この発明の一実施例の水中探知
装置のブロック図である。

第５図において、例えば120個の超音波振動子ｓが円
上に等間隔にて配列されている。リング状に配列された
120個の超音波振動子ｓの内から、２つの切換回路7p、7
qによってそれぞれ30個の超音波振動子を順次電気的に
切り換え選択することにより、２つの超音波受波ビーム
がそれぞれ形成され、且つ２本の超音波受波ビームが互
いに一定の時間差τでもって旋回し水中を走査する。こ
の構成によって２本の超音波受波ビームを形成し回転さ
せる場合には、実施例１の２個の超音波振動子を用いて
受波ビームを形成しこれらの超音波振動子を機械的に回
転させることにより２本の受波ビームを旋回させる方法
に比べて超音波受信ビームを高速に回転させることがで
きる利点がある。

一方の切換回路7pで選択された各超音波振動子素子で
得られる受信信号は、他方の切換回路7qで選択された超
音波振動子素子で得られる受信信号よりも時間差τだけ
先行しており、これらの各受信信号は、切換回路7p、7q
を介して各位相合成回路9p₁、9p₂、9q₁、9q₂に与えられ
る。

各位相合成回路9p₁、9p₂、9q₁、9q₂は、第６図に示す
ように、図示されていない発振器からの基準信号を所定
量だけ移相する移相器20、各切換回路7pまたは7qからの
受信信号と移相器20からの基準信号とをそれぞれ乗算す
る乗算器22₁〜22n、各乗算器22₁〜22nの出力を加算する
加算器24、および加算器24の出力に含まれている高調波
成分を除くフィルタ26からなる。

そして、符号9p₁、9q₁で示す位相合成回路について
は、各乗算器22₁〜〜22nにおいて、切換回路7pまたは7q
からの出力と移相器20からの基準信号cos（ω_ot＋
θ_１）〜cos（ω_ot＋θｎ）とが乗算されることによ
り、各受信信号の位相合成が行われる。一方、符号9
p₂、9q₂で示す位相合成回路については、切換回路7pま
たは7qからの出力と位相器20から上記の基準信号よりも
すべて90゜移相された基準信号sin（ω_ot＋θ_１）〜sin
（ω_ot＋θｎ）とが乗算されることにより、各受信信号
の位相合成が行われる。

各位相合成回路9p₁、9p₂からの信号を遅延回路10p₁、
10p₂で遅延した出力と、位相合成回路9q₁、9q₂からの出
力とは、前述した（14）式〜（17）式に示したものと同
様になり、以降の信号処理は、実施例２の場合と同様に
行われてキャリア角周波数（ω−ω_ｏ）が検出される。
角周波数ω_ｏは、既知なので、到来した超音波信号のキ
ャリア角周波数ωは、算出される。

第５図において、更に角周波数−色信号変換器103及
び表示器104とを設ける。第４図に示す実施例と同様
に、被探知物体が発生する超音波信号のキャリア角周波
数が既知の場合には、算出回路18の到来信号のキャリア
角周波数を表わす信号を角周波数−色信号変換器103で
もって色信号に変換した後表示器104へ供給すると広範
囲から到来する超音波信号をこの超音波信号を発生する
物標の移動速度に応じて異なる色にて表示器104に表示
することができる。また、所定時間に渡り到来する超音
波信号の搬送波の角周波数を監視すれば、被探知物体の
移動速度及びその移動方向に関する情報を得ることがで
きる。第５図に示すように構成すれば、受信専用の水中
探知装置を構成することができる。

第５図において、更に超音波探知パルス信号を発射す
る送波器101と、送波器101及び表示器104とを制御する
制御器102とを設ける。このように構成することによ
り、広範囲方向に探知パルス信号を発射し、魚群等から
の反射信号を受信してその移動速度に応じた異なる色に
て表示することができる、いわゆるアクティブソナーを
構成することができる。

なお、第５図及び第６図に示すこの発明の一実施例に
おいては、位相合成回路を構成する遅延回路として、乗
算器22、移相器及び発振器を用いて対応する各超音波振
動子が捕捉する信号を間接的に移相させたが、遅延回路
をインダクター及びコンデンサーを用いて構成し、振動
子が受信する信号を直接必要な時間遅延させても良い。

実施例４第７図は、この発明の一実施例の水中探知装置のブロ
ック図である。

２個の超音波振動子1p及び1qが一定の時間差τをもっ
て基準点を中心に同じ軌跡上を同じ方向に一定の速度で
機械的に回転させられる。２個の超音波振動子1p及び1q
は、捕捉した受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）をそれぞれア
ンチエリアジングフィルタ106及び107を介してアナログ
−デジタル変換器（以下「Ａ−Ｄ変換器」という）108
及び109へ供給する。Ａ−Ｄ変換器108及び109は、デジ
タル信号に変換した信号を、それぞれマッチドフィルタ
30p₁、30p₂、並びにマッチドフィルタ30q₁、30q₂へ供給
する。マッチドフィルタ30p₁、30p₂、30q₁、30q₂の各々
は、FIR（Finite Impulse Response）型デジタルフィル
タで構成される。

前述したように、例えば二つの超音波振動子がそれぞ
れ形成する各超音波受信ビームＰ、Ｑが旋回し水中を走
査することから、物標から到来する超音波信号に対して
ドップラー効果を生じる。このため、２つの超音波受信
ビームＰ、Ｑが捕捉する各受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）
は、前記（１）、（２）式に示すものとなる。これらの
受信信号は、周波数が時間的に変化するリニアFM信号で
ある。したがって、これらの受信信号ｐ（ｔ）、ｑ
（ｔ）とは逆の時間特性（インパルス応答）をもつマッ
チドフィルタ（特開昭63−249071号参照）を用いて、各
受信信号ｐ（ｔ）、ｑ（ｔ）をパルス圧縮することがで
きる。

すなわち、４つのマッチドフィルタ30p₁、30p₂、30
q₁、30q₂を設け、30p₁、30q₁のマッチドフィルタのイン
パルス応答hc（ｔ）が、 hc（ｔ）＝cos｛ω_ａ（−ｔ）−ｍ（−ｔ）｝（20）となるように、また、30q₁、30q₂の各マッチドフィルタ
のインパルス応答hs（ｔ）が、 hs（ｔ）＝sin｛ω_ａ（−ｔ）−ｍ（−ｔ）｝（21）となるようにそれぞれ設定しておく。ここに、ω_ａは、
被探知物体が発生する超音波信号の搬送波の既知の角周
波数又は送波器101が発射する探知パルス信号のキャリ
ア角周波数である。

このように、各インパルス応答を設定しておけば、各
マッチドフィルタ30p₁、30p₂、30q₁、30q₂を通過した後
の受信信号は、ω_ａが検出される角周波数ωと近い関係
にある場合には、次のようになる。

Vpc（ｔ）＝｛Ｓ′（ｔ）/2｝・cos｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋β｝（22） Vps（ｔ）＝｛Ｓ′（ｔ）/2｝sin｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋β｝（23） Vqc（ｔ）＝｛Ｓ′（ｔ−τ）/2｝cos｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β｝（24） Vqs（ｔ）＝｛Ｓ′（ｔ−τ）/2｝sin｛ωｔ＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β｝（25）ただし、Ｓ′（ｔ）＝（AT/2）sinc（μ_oTt/2）、sin
c（ｘ）＝sinx/x、ｍ（ｔ）＝−（1/2）μ_ot²、β＝k
_or、μ_ｏ＝k_orωs² Ａ（ｔ）：受信信号の振幅、T:イ
ンパルス応答特性を定義する時間幅、r:超音波受信ビー
ムの旋回走査の半径、ωs:超音波受信ビームの旋回走査
の角速度、k_o:定数、α：到来する超音波信号の初期位
相（前述）である。

そして、Vpc（ｔ）、Vps（ｔ）の信号が遅延回路10で
所定時間τだけ遅延されるので、これらの信号は、次の
ようになる。

Vpτｃ（ｔ）＝{Ｓ′（ｔ−τ）/2}cos{ωｔ＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ωτ} （22）′ Vpτｃ（ｔ）＝{Ｓ′（ｔ−τ）/2}sin{ωｔ＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β−ωτ} （23）′ なお、遅延回路10は、シフトレジスタで構成される。

（22）′、（23）′式は、前述した（14）、（15）式
と等価であり、また、（24）、（25）式は、前述した
（16）、（17）式と等価である。したがって、各信号Vp
τｃ（ｔ）、Vpτｓ（ｔ）、Vqcs（ｔ）、Vqs（ｔ）の
位相量は、実施例１で直交検波して得られ各信号ｐτｃ
（ｔ）′、ｐτｓ（ｔ）′、qc（ｔ）′、qs（ｔ）′と
基本的に同じになり、以降の信号処理は、実施例１の場
合と同様に行われて物標から到来する超音波信号のキャ
リア角周波数ωが検出される。

第７図において、更に角周波数−色信号変換器103及
び表示器104とを設ける。第４図に示す実施例と同様
に、被探知物体が発生する超音波信号のキャリア角周波
数が既知の場合には、算出回路18の到来信号のキャリア
角周波数を表わす信号を角周波数−色信号変換器103で
もって色信号に変換した後表示器104へ供給すると広範
囲から到来する超音波信号をこの超音波信号を発生する
物標の移動速度に応じて異なる色にて表示器104に表示
することができる。また、所定時間に渡り到来する超音
波信号の搬送波の角周波数を監視すれば、被探知物体の
移動速度及びその移動方向に関する情報を得ることがで
きる。このように構成すれば、受信専用の水中探知装置
を構成することができる。

第７図において、更に超音波探知パルス信号を発射す
る送波器101と、送波器101及び表示器104とを制御する
制御器102とを設ける。このように構成することによ
り、広範囲方向に探知パルス信号を発射し、魚群等から
の反射信号を受信してその移動速度に応じた異なる色に
て表示することができる、いわゆるアクティブソナーを
構成することができる。

上記においては、到来する超音波信号の周波数情報を
表示したが、この他に到来し捕捉された信号の振幅情報
を表示することもできる。この場合には、マッチドフィ
ルタ30q₁の出力信号ａとマッチドフィルタ30q₂の出力信
号ｂを検波回路111へ供給する。検波回路111は、の演算を行ない、その出力信号を表示器112へ送出す
る。また、マッチドフィルタ30q₁の出力信号ａとマッチ
ドフィルタ30q₂の出力信号ｂを検波回路111へ供給する
代わりにマッチドフィルタ30p₁の出力信号ａとマッチド
フィルタ30p₂の出力信号ｂを検波回路111へ供給しても
同じように広範囲方向から到来する信号の振幅情報を表
示することができる。

なお、第７図に示す上記実施例においては、２個の超
音波振動子を用いて広範囲方向（例えば全周360゜方
向）から到来する信号を受信して対応するマッチドフィ
ルタにそれぞれ供給した。２個の超音波振動子を用いる
代りに、円上に多数の超音波振動子素子を等間隔に配列
し、２つの切換器を設けて互いに時間差τだけ時間を異
ならせて多数の超音波振動子素子の接続を順次切り換え
て互いに隣接する素子を順次選択して各振動子素子によ
り捕捉された受信信号を取り出し対応するマッチドフィ
ルタにそれぞれ供給する場合には、全周360゜方向を１
回探査する時間をより短くすることができるので、距離
分解能を良くすることができる。

なお、上記実施例においては、遅延回路10をマッチド
フィルタの後側に設置したが、遅延回路10をＡ−Ｄ変換
器108とマッチドフィルタとの間に設けても良い。この
場合には、遅延回路10の数を少なくすることができる。

実施例５第８図は、この発明の一実施例の水中探知装置のブロ
ック図を示す。

第４図に示す実施例２の水中探知装置では、２個の超
音波振動子を用いてそれぞれ受波ビームを形成し、これ
ら２個の振動子を機械的に回転させて水中を探査した。
この実施例５では、複数の超音波振動子により捕捉され
た受波信号を位相合成することにより受波ビームを形成
して水中を探査する。

受波器115は、例えば120個の超音波振動子ｓが円上に
等間隔にて配列されている。円上に配列された120個の
超音波振動子ｓの内から、２つの切換回路7p、7qによっ
て超音波振動子を順次電気的に切り換えそれぞれ30個の
超音波振動子を順次選択しこれらの振動子により捕捉さ
れる信号を増幅器2p及び2qを介して位相合成回路9p₁及
び9q₁へそれぞれ供給する。位相合成回路9p₁及び9q
₁は、入力される受信信号を位相合成することにより所
定の方向からのみ到来する信号を受信する。２つの超音
波受波ビームがそれぞれ形成されたことになる。そし
て、２つの切換回路7p、7qによる超音波振動子の選択が
順次行なわれることにより、これら２本の超音波受波ビ
ームが互いに一定の時間差τでもって旋回し水中を走査
する。

一方の位相合成回路9p₁で得られる受信信号は、他方
の位相合成回路9q₁で得られる受信信号よりも時間差τ
だけ先行している。位相合成回路9p₁の出力信号は、遅
延回路３により時間τ遅延された後、直交検波回路５へ
供給される。位相合成回路9q₁の出力信号は、直交検波
回路５へ直接供給される。

この後の回路構成及び動作は、第４図に示す実施例の
ものと同じなので説明を省略する。

なお、上記の各実施例１乃至５に示した構成の位相差
検出回路12に代えて、第９図に示す構成の位相差検出回
路13を設けることもできる。第９図に示す構成のもので
は、直交検波されて得られた各受信信号ｐτｃ
（ｔ）′、ｐτｓ（ｔ）′、qc（ｔ）′、qs（ｔ）′の
内、一方の割り算器40pでｐτｓ（ｔ）′/pτｃ
（ｔ）′を求めて、続いて次段の演算器42pでtan^-1｛ｐ
τｓ（ｔ）′/pτｃ（ｔ）′｝を算出して一方の受信信
号ｐ（ｔ）の位相量を決定し、また、他方の割算器40q
でqs（ｔ）′/qc（ｔ）′を求め、続いて次段の演算部4
2qでtan^-1｛qs（ｔ）′/qc（ｔ）′｝を算出して他方の
受信信号ｑ（ｔ）の位相量を決定する。そして、減算器
44で両受信信号の位相差Δψが算出される。

なお、一方の超音波受信ビームＰに対して設けた遅延
回路は、位相差検出回路の前であれば、上記実施例にお
ける設置箇所に限定されず、いずれの箇所に設けてもよ
い。さらに、上記実施例では、２つの超音波受信ビーム
Ｐ、Ｑについて説明したが、３つ以上の超音波受信ビー
ムを走査することによっても同様の効果が得られる。

実施例６上記の実施例１乃至５では、２つの超音波受信ビーム
P,Qについて得られる受信信号に基づいて物標が発生す
るエコー信号のキャリア角周波数ωを検出するようにし
ているが、単一の超音波受信ビームＰのみを一定周期τ
_ｏでもって回転させ、今回の回転走査で得られた受信信
号と、それ以前の回転走査で得られた受信信号とに基づ
いてキャリア角周波数ωを検出することも可能である。
この方法によれば、回路構成を一層簡略化することがで
きる利点がある。

第10図は、この方法を採用したこの発明の一実施例を
水中探知装置のブロック図である。単一の受信ビームＰ
を繰り返し回転させ水中を走査する関係上、１つの切換
回路7pと、２つの位相合成回路9p₁,9p₂と、両位相合成
回路9p₁,9p₂の出力A,Bを割り算する割算回路10pの出力
から位相量を示すtan^-1（B/A）を算出する演算器16と、
この演算器16の出力を超音波受信ビームＰのｎ周分に相
当する時間τ（＝ｎ・τ_ｏ）だけ遅延する遅延回路３
と、演算器16と遅延回路３の各出力の差から位相差Δψ
を求める位相差検出手段としての引算回路17と、この引
算回路17の出力からキャリア角周波数ωを算出する算出
回路18とから成る。

この構成において、各位相合成回路9p₁,9p₂の各出力
は、次式で与えられる。

pc（ｔ）＝｛Ｓ（ｔ）/2｝・cos｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋β｝（27） ps（ｔ）＝｛Ｓ（ｔ）/2｝・sin｛（ω−ω_ｏ）ｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋β｝（28）そして、次段の割算器10pでps（ｔ）/pc（ｔ）を求
め、続いて演算器16でtan^-1｛ps（ｔ）/pc（ｔ）｝を算
出することにより、この受信信号ｐ（ｔ）の位相量θ
（ｔ）が決定される。すなわち、 θ（ｔ）＝tan^-1｛ps（ｔ）/pc（ｔ）｝＝（ω−ω_ｏ）ｔ＋α＋ｍ（ｔ）＋β（29）この位相量θ（ｔ）の信号が、遅延回路３で更に超音
波受信ビームＰのｎ周分に相当する時間τ（＝ｎ・
τ_ｏ）だけ遅延されることにより、遅延回路３の出力と
して得られる位相量θ（ｔ−τ）の信号は、次のように
なる。

θ（ｔ−τ）＝（ω−ω_ｏ）（ｔ−τ）＋α＋ｍ（ｔ−τ）＋β （30）引算回路17では、演算器16と遅延回路３の各位相量の
差Δψを算出するので、 Δψ＝θ(ｔ)−θ(ｔ−τ)＝(ω−ω_ｏ)τ＋ｍ(ｔ)−ｍ(ｔ−ｎ・τ_ｏ)（31）となる。

ここで、ｍ（ｔ）は、周期τ_ｏの周期関数であるか
ら、ｍ（ｔ）＝ｍ（ｔ−ｎ・τ_ｏ）であり、よって（3
1）式は次のようになり、位相差Δψが決定される。

Δψ＝（ω−ω_ｏ）τ 次に、算出回路18でΔψ／τで算出されるが、ω_ｏは
定数であるから、キャリア角周波数ωが求まる。

実施例７第11図は、この発明の一実施例の水中探知装置のブロ
ック図である。

この実施例の特徴は、遅延手段として第10図に示す遅
延回路３に代えてRAM等のメモリを、また、位相差検出
手段としてCPU44をそれぞれ用いていることである。

メモリ42には、超音波受信ビームＰを走査する時間差
τでもって互いに対応づけられた位相量θｉ（ｔ），θ
ｉ（ｔ−τ）（ｉ＝１〜n,nは全周360゜方向の分割数）
のデータが予め記憶されている。そして、各演算器16p,
16qで得られる位相量に対応する信号θｐ（ｉ），θｑ
（ｉ）をA/D変換器40p、40qでデジタル化し、この信号
θｐ（ｉ），θｑ（ｉ）をメモリ42に対するアドレスデ
ータとして入力する。そして、メモリ42から位相量θｉ
（ｔ），θｉ（ｔ−τ）のデータを読み出し、この位相
量θｉ（ｔ），θｉ（ｔ−τ）のデータに基づいてCPU4
4で位相差Δψ＝θｉ（ｔ）−θｉ（ｔ−τ）が、更に
キャリア角周波数ωが算出される。

実施例８第13図において、符号Ｔは超音波受信器であり、この
超音波受信器Ｔは、本例では、多数の超音波振動子ｓを
リニア状に配列して構成されている。そして、これらの
超音波振動子ｓが一定の繰り返し周期Δｔでもって走査
される。

202は超音波振動子ｓからの受信信号出力を切り換え
走査するためのマルチプレクサ、204はマルチプレクサ2
02を通った受信信号のスイッチングノイズを除くフィル
タ、206はA/D変換器、208はデジタル化された受信信号
をフーリエ変換するフーリエ変換回路である。

210はこのフーリエ変換回路208でのフーリエ変換結果
に基づいて受信信号のパワースペクトラムを算出するパ
ワースペクトラム演算回路、212はこのパワースペクト
ラムの横座標の空間周波数２πｆの値を超音波受信器Ｔ
に対して到来する超音波信号の方位θを示す値に変換す
る目盛換算回路である。

214はフーリエ変換回路208でのフーリエ変換結果に基
づいて受信信号の位相スペクトラムを求める位相スペク
トラム演算回路、216はこの位相スペクトラム演算回路2
14で得られた位相スペクトラムに基づいて、超音波振動
子ｓの今回の走査で得られた受信信号とそれ以前の走査
で得られた受信信号について、各空間周波数成分ごとに
両位相を引き算してその位相差Δψを求める位相差算出
回路で、本例では、バッファメモリ218と引算回路220と
からなる。

222は各空間周波数ｆの値をこれに対応する超音波受
信器Ｔに対して到来する超音波信号の方位θを示す値に
変換する換算回路である。また、224は各受信信号の空
間周波数成分ごとの位相差Δψに基づいて物標からの超
音波信号のキャリア角周波数ωを算出するキャリア角周
波数算出回路である。

次に、上記構成の水中探知装置について、物標から到
来する超音波信号について、その到来方向θおよびその
振幅p_oを検出するとともに、さらに超音波信号のキャリ
ア角周波数ωを検出する場合の動作について説明する。

超音波受信器Ｔを構成する超音波振動子ｓは、マルチ
プレクサ202によって一定周期Δｔで切り換え走査され
ることにより、物標から到来する超音波信号が受信され
る。そして、各超音波振動子ｓで得られる受信信号は、
フィルタ204でスイッチングノイズが除かれた後、A/D変
換器206でデジタル化されてフーリエ変換回路208でフー
リエ変換される。そして、このフーリエ変換結果の情報
がパワースペクトラム演算回路210と位相スペクトラム
演算回路214とにそれぞれ送出される。

パワースペクトラム演算回路210は、このフーリエ変
換結果に基づいて、図14（ａ）に示すように、横軸を受
信信号の空間周波数２πｆ、縦軸を受信信号の出力v_oと
したパワースペクトラムを求める。次いで、目盛変換回
路212でパワースペクトラムの横座標の空間周波数２π
ｆの値を超音波受信器Ｔに対して到来する超音波信号の
方位θを示す値に変換して出力する。すなわち、（37）
式に示したように、受信信号ｖ（ｔ）の空間周波数２π
ｆは、２πｆ＝ｕ・ｋ・sinθ−ωとなるのが、ｕ・ｋ
・ωはいずれも既知であるから、超音波受信器Ｔに対し
て到来する超音波信号の方位θに換算できる。したがっ
て、超音波受信器Ｔに対して到来する超音波信号の方位
θに換算できる。超音波受信器Ｔに対して到来する超音
波信号の方位（この例ではθ₁,θ_２）とその出力レベル
v_o1,v_o2（これは到来する超音波信号の振幅p_oに対応す
る）とが求まる。

一方、位相スペクトラム演算回路214は、前記のフー
リエ変換結果に基づいて、図14（ｂ）に示すように、横
軸を受信信号の空間周波数２πｆ、横軸を受信信号の位
相ψとした位相スペクトラムを求める。

この今回の超音波振動子ｓの走査により得られた位相
スペクトラムのデータ（図14（ｂ）の実線で示す）は、
引算回路220に与えられるとともに、バッファメモリ218
にも転送される。このとき、バッファメモリ218から
は、前回の超音波振動子ｓの走査に基づいて得られた位
相スペクトラムのデータ（図14（ｂ）の破線で示す）が
読み出されて、これが同じく引算回路220に与えられ
る。引算回路220は、超音波振動子ｓの今回の走査で得
られた受信信号（（40）の式のｖ（ｔ）に相当する）と
前回の走査で得られた受信信号（（41）式のｖ（ｔ−Δ
ｔ）に相当する）について、各空間周波数成分（この例
では２πf₁,2πf₂）ごとに両位相を引き算してその位相
差Δψ₁,Δψ_２を求める。

引き続いて、換算回路222は、各空間周波数２πf₁,2
πf₂の値をこれに対応する超音波受信器Ｔに対して到来
する超音波信号の方位θ₁,θ_２を示す値に変換し、次
に、キャリア角周波数算出回路224では、各受信信号の
位相差Δψ₁,Δψ_２をΔｔで割って（43）式で示したよ
うに各到来方向θ₁,θ_２ごとの超音波信号のキャリア角
周波数ω₁,ω_２を算出する。

なお、上記の実施例では、キャリア角周波数ωを算出
するためのキャリア角周波数算出回路224を設けている
が、たとえばキャリア角周波数ωの大小に応じて色分け
表示を行うような場合には、この算出回路224を省略
し、単位換算回路222から出力される位相差Δψの信号
をそのまま利用してもよい。すなわち、（42）式の関係
からも明らかなように、繰り返し走査される超音波受信
ビームの周期Δｔは予め設定されていて一定であるか
ら、ω∝Δψであり、位相差Δψの信号のままでもキャ
リア角周波数ωの情報が反映されているからである。

また、上記の実施例では、フィルタ2084を設けること
によって、各超音波振動子ｓからの受信信号が間断なく
入力されるようにしているが、受信信号が離散的に入力
されるのを防ぐには、たとえば、特公昭63−7350公報に
記載されているように、隣接する２つの超音波振動子ｓ
から同時に受信信号を入力し、各受信信号を換算器でそ
れぞれ重み付けした後に両受信信号を加算することで、
各超音波振動子ｓをスイッチングしても受信信号が連続
的に入力されるようにすることが可能である。

実施例９第３図及び第15図を用いてこの発明が実施される水中
探知装置の一実施例を説明する。第15図は、この発明が
実施される水中探知装置の一実施例の一部の受信部のブ
ロック図を示す。第３図に示される増幅器2p及び2qにそ
れぞれ接続される超音波振動子1p及び1qの代わりに、第
15図に示される帯域フィルタ314及び帯域フィルタ324を
接続することによりこの水中探知装置の一実施例が構成
される。

この水中探知装置は、直線上に振動子を等間隔に配列
し、これらの超音波振動子により捕捉される受信信号を
それぞれ適正に移相させ、移相合成することにより２つ
の受波ビームを所定角度離隔した互いに異なる方向に形
成し、この間隔関係を保って探知セクター領域内を同じ
方向に振らせる。

第15図において、例えば、６個の超音波振動個307A乃
至307Fが直線上に配列されている。これらの振動子によ
り捕捉された受波信号は、混合器311A乃至311Fの一入力
端子並びに混合器321A乃至321Fの一入力端子へ供給され
る。混合器311A乃至311Fの他の入力端子は、位相制御器
312の対応する出力端子に接続される。混合器321A乃至3
21Fの他の入力端子は、位相制御器322の対応する出力端
子に接続される。混合器311A乃至311Fの出力信号は、合
成回路313に供給される。混合器321A乃至321Fの出力信
号は、合成回路323に供給される。合成回路313の出力信
号は、帯域フィルタ314へ供給され上側帯波を除いた
後、第３図に示される水中探知装置のブロック図中の増
幅器2pの入力端子に供給される。合成回路323の出力信
号は、帯域フィルタ324へ供給される上側帯波を除いた
後、第３図に示される水中探知装置のブロック図中の増
幅器2qの入力端子に供給される。

混合器311A乃至311Fの前記の入力端子には、位相制御
器312の対応する出力端子から以下の信号がそれぞれ供
給される。

C1（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_１（ｔ））（44） C2（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_２（ｔ））（45） C3（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_３（ｔ））（46） C4（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_４（ｔ））（47） C5（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_５（ｔ））（48） C6（ｔ）＝cos（ω_ct＋θ_６（ｔ））（49）混合器321A乃至321Fの前記の入力端子には、位相制御
器322の対応する出力端子から以下の信号がそれぞれ供
給される。

C1（ｔ−τ）（50） C2（ｔ−τ）（51） C3（ｔ−τ）（52） C4（ｔ−τ）（53） C5（ｔ−τ）（54） C6（ｔ−τ）（55）これらの式44式乃至55式で表わされる信号を対応する
混合器の入力端子に供給することにより、対応する超音
波振動子307A乃至307Fにより捕捉された受信信号を間接
的に所定量それぞれ移相することができる。その結果、
２つの受波ビームが形成されこれら受波ビームが所定間
隔離れた関係で探知セクター領域内を振らされることに
なる。

なお、第８図、第10図、第11図及び第13図にそれぞれ
示される水中探知装置の実施例においても、第３図、第
５図及び第７図にそれぞれ示すこの発明の水中探知装置
の実施例の場合と同様に、キャリア角周波数検出手段が
出力する角周波数信号を色信号に変換する周波数−色変
換器とこの変換器の出力信号を表示する表示器又は／及
び所定の搬送周波数を有する探知パルス信号を発射する
送波器を設ける。このように構成することにより、搬送
周波数が既知の超音波信号を発生する物標をその移動速
度に応じた色にてカラー表示することができ、また探知
パルス信号を反射する魚群等をその移動速度に応じた色
にてカラー表示することができる。

なお、上記の実施例においては、到来信号の搬送周波
数を検出して被探知物体の移動速度情報を得て表示する
場合について説明したが、検出された到来信号の搬送周
波数に基づいて他のことを行なわせることもできる。例
えば、到来信号の搬送周波数を検出してその情報を利用
することにより周波数の異なる不要な到来信号を除去し
て必要な到来信号のみを取り出して表示することもでき
る。従来の技術では、この不要な到来信号を除去するこ
とができていなかった。

なお、第３図、第４図、第５図、第７図及び第８図に
示す実施例においては、一方の超音波受信ビームＰに対
して設けた遅延回路は、位相差検出回路の前であれば、
上記実施例における設置場所に限定されず、当業者にと
って容易に推考される他の適所に設けても良い。

発明の効果この発明によれば、広範囲方向から到来する各超音波
信号を発生する物体の速度等に関する情報を短時間に得
ることができる、水中探知装置を提供することができ
る。

この発明によれば、広範囲方向を短時間にて探査して
被探知物体の速度等の情報を得るための前提となる到来
する超音波信号の搬送周波数（又は角周波数）を検出し
得る装置を提供することができる。

この発明によれば、広範囲方向から到来する超音波信
号を捕捉しこの信号を発生した物標を、その移動速度に
応じた異なる色にて表示し得る水中探知装置を提供する
ことができる。

この発明によれば、広範囲方向から到来するその搬送
周波数が既知の超音波信号を捕捉しこの受信された信号
に基づいてこの信号を発生した物標を、移動速度に応じ
た異なる色にて表示し得る水中探知装置を提供すること
ができる。

この発明によれば、広範囲方向に超音波探知信号を発
射し、この広範囲方向から帰来するエコー信号を捕捉し
この受信された信号に基づいてこの信号を発生した物標
を、移動速度に応じた異なる色にて表示し得る水中探知
装置を提供することができる。

この発明によれば、広範囲方向の互いに異なる方向を
順次探査し、広範囲方向の各方向から到来する超音波信
号を少なくとも二度受信し、広範囲内の同じ方向から到
来し受信された受信信号に基づいて物標からの超音波信
号に基づくキャリア角周波数を検出するので、従来に比
較して、魚群の移動速度の大小や移動方向等の情報を広
範囲に、かつ高い方位分解能をもって短時間の内に把握
できるようになる。更に、角周波数の異なる信号（シー
ノイズ、干渉等）の認識が可能となる等の優れた効果が
発揮される。

この発明によれば、リニア状に配列された複数の超音
波振動子を繰り返し走査することにより、到来する超音
波信号を受信し、これにより得られた各受信信号に基づ
いて広範囲方向から到来する超音波信号の、その到来方
向およびその振幅を検出するとともに、さらに超音波信
号のキャリア角周波数の変化を検出することができる。
したがって、従来に比較して、魚群の移動速度の大小や
移動方向等の情報を広範囲に、かつ高い方位分解能をも
って短時間の内に把握できるようになる。さらに、周波
数の異なる信号（シーノイズ、干渉等）の認識が可能と
なる等の優れた効果が発揮される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/66 G01S 15/00 - 15/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の超音波受信ビームを互いに一定の時
間差でもって基準点を中心に回転させ広範囲方向からの
到来信号を受信する水中探知装置において、広範囲方向の互いに異なる方向に順次互いに一定の時間
差で複数の受波ビームを形成し、広範囲方向の各方向か
ら到来する超音波信号を複数の受波ビームでもって一定
の時間間隔にて受信する超音波受波手段と、広範囲内の同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉
された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検
出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数（又
は周波数）を算出する算出手段とを具備することを特徴
とする水中探知装置。
【請求項２】複数の超音波受信ビームを互いに一定の時
間差でもって基準点を中心に回転させ到来信号を受信す
る水中探知装置において、広範囲方向の互いに異なる方向に順次互いに一定の時間
差で複数の受波ビームを形成し、広範囲方向の各方向か
ら到来する超音波信号を複数の受波ビームでもって一定
の時間間隔にて受信する超音波受波手段と、各方向ごとに捕捉される各々の受信信号について前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉され時間差
を補正された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位
相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数（又
は周波数）を算出する算出手段とを具備することを特徴
とする水中探知装置。
【請求項３】複数の超音波受信ビームを互いに一定の時
間差でもって基準点を中心に回転させる超音波受波手段
と、前記各超音波受信ビームにより捕捉される各々の受信信
号について前記時間差を補正し、各超音波受信ビーム間
の時間差を無くす時間補正手段と、前記複数の超音波受信ビームのそれぞれにより捕捉され
た受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出手
段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段とを具備することを特徴とする水中探知
装置。
【請求項４】超音波受波手段が、２本の超音波受信ビー
ムを形成することを特徴とする請求項３記載の水中探知
装置。
【請求項５】第１及び第２の超音波受信ビームを互いに
一定の時間差でもって基準点を中心に同じ方向に回転さ
せる超音波受波手段と、前記第１の超音波受信ビームにより捕捉されたある方向
から到来した受信信号を前記第２の超音波受信ビームに
より捕捉された同じ方向から到来した信号に対し前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、前記第１の超音波受信ビームにより捕捉され前記時間補
正手段から送出される受信信号と前記第２の超音波受信
ビームにより捕捉される信号とを検知する直交検波手段
と、該直交検波手段の出力信号に基づいて前記第１及び第２
の超音波受信ビームのそれぞれにより捕捉された受信信
号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段とを具備することを特徴とする水中探知
装置。
【請求項６】複数の超音波受信ビームを互いに一定の時
間差でもって基準点を中心に回転させ到来信号を受信す
る水中探知装置において、円上に等間隔に配置される多数の超音波振動子で構成さ
れる超音波受波手段と、前記多数の超音波振動子との接続を切り換えて前記多数
の超音波振動子の内の所定数の超音波振動子を順次選択
する第１の切換手段と、該第１の切換手段を介して供給される前記所定数の超音
波振動子の出力信号を位相合成し互いに位相が90゜異な
る信号を送出する第１及び第２の位相合成手段と、前記第１の切換手段が選択する所定数の前記超音波振動
子を予め定められる時間後前記多数の超音波振動子との
接続を切り換えて順次選択する第２の切換手段と、該第２の切換手段を介して供給される前記所定数の超音
波振動子の出力信号を位相合成し互いに位相が90゜異な
る信号を送出する第３及び第４の位相合成手段と、第１及び第２の位相合成手段が送出する信号についてそ
れぞれ前記時間補正し第３及び第４の位相合成手段か送
出する信号との時間差を無くす時間補正手段と、該時間補正手段の出力信号と前記第３及び第４の位相合
成手段の出力信号とに基づいて第１の切換手段が送出す
る受信信号と第２の切換手段が送出する受信信号の搬送
波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段とを具備することを特徴とする水中探知
装置。
【請求項７】第１及び第２の受波用超音波振動子を互い
に一定の時間差でもって広範囲方向の互いに異なる各方
向を順次指向させる超音波受波手段と、前記第１の超音波振動子により捕捉される受信信号を前
記第２の超音波振動子により捕捉される信号に対し前記
時間差を補正し、両振動子間の時間差を無くす時間補正
手段と、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記時間補正手段の出力
信号をパルス圧縮する第１のマッチドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記時間補正手段の出力
信号をパルス圧縮する第２のマッチドフィルタと、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子
により捕捉される受信信号をパルス圧縮する第３のマッ
チドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子
により捕捉される受信信号をパルス圧縮する第４のマッ
チドフィルタと、第１乃至第４のマッチドフィルタの出力信号に基づいて
前記第１及び第２の超音波振動子が捕捉した受信信号の
搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段とを具備することを特徴とする水中探知
装置。
【請求項８】第１及び第２の超音波振動子が同じ軌跡上
を機械的に回転させられる請求項７記載の水中探知装
置。
【請求項９】第１及び第２の超音波振動子が、円上に等
間隔に配列された多数の超音波振動子の内の電気的に切
り換えられ選択されたものである請求項７記載の水中探
知装置。
【請求項１０】複数の超音波受信ビームを互いに一定の
時間差でもって基準点を中心に回転させ広範囲方向到来
信号を受信する水中探知装置において、広範囲方向の各方向から到来する超音波信号を単一の受
波ビームを所定の周期で回転させて受信する超音波受波
手段と、各方向ごとに捕捉される各々の受信信号について前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉され時間差
を補正された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位
相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数（又
は周波数）を算出する算出手段とを具備することを特徴
とする水中探知装置。
【請求項１１】削除
【請求項１２】削除
【請求項１３】超音波信号発生時の超音波信号の搬送周
波数が既知である請求項１乃至10記載の水中探知装置。
【請求項１４】角周波数算出手段が送出する角周波数を
表わす信号に基づいて角周波数に対応する所定の色信号
を送出する色信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを更
に具備した請求項13記載の水中探知装置。
【請求項１５】広範囲方向にその搬送周波数が所定周波
数の探知パルス信号を発射し、複数の超音波受信ビーム
を互いに一定の時間差でもって基準点を中心に回転させ
広範囲方向からの到来信号を受信する水中探知装置にお
いて、広範囲方向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス
信号を発射する超音波送信手段と、広範囲方向の互いに異なる方向に順次互いに一定の時間
差で複数の受波ビームを形成し、広範囲方向の各方向か
ら到来する超音波信号を複数の受波ビームでもって一定
の時間間隔にて受信する超音波受波手段と、広範囲内の同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉
された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検
出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数（又
は周波数）を算出する算出手段と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項１６】広範囲方向にその搬送周波数が所定周波
数の探知パルス信号を発射し、複数の超音波受信ビーム
を互いに一定の時間差でもって基準点を中心に回転させ
広範囲方向からの到来信号を受信する水中探知装置にお
いて、広範囲方向の互いに異なる方向に順次互いに一定の時間
差で複数の受波ビームを形成し、広範囲方向の各方向か
ら到来する超音波信号を複数の受波ビームでもって一定
の時間間隔にて受信する超音波受波手段と、広範囲方向から帰来するエコー信号を受信することによ
り広範囲方向の互いに異なる方向を順次探査し、広範囲
方向の各方向から到来する超音波信号を一定の時間間隔
にて受信する超音波受波手段と、各方向ごとに捕捉される各々の受信信号について前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉され時間補
正された受信信号の搬送波間の位相差を検出する位相差
検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項１７】削除
【請求項１８】削除
【請求項１９】広範囲方向にその搬送周波数が所定周波
数の探知パルス信号を発射する超音波送信手段と、第１及び第２の超音波受信ビームを互いに一定の時間差
でもって基準点を中心に同じ方向に回転させる超音波受
波手段と、前記第１の超音波受信ビームにより捕捉されたある方向
から到来した受信信号を前記第２の超音波受信ビームに
より捕捉された同じ方向から到来した信号に対し前記時
間差を補正し、各超音波受信ビーム間の時間差を無くす
時間補正手段と、前記第１の超音波受信ビームにより捕捉され前記時間補
正手段から送出される受信信号と前記第２の超音波受信
ビームにより捕捉される信号とを検波する直交検波手段
と、該直交検波手段の出力信号に基づいて前記第１及び第２
の超音波受信ビームのそれぞれにより捕捉された受信信
号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２０】複数の超音波受信ビームを互いに一定の
時間差でもって基準点を中心に回転させ到来信号を受信
する水中探知装置において、広範囲方向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス
信号を発射する超音波送信手段と、円上に等間隔に配置される多数の超音波振動子で構成さ
れる超音波受波手段と、前記多数の超音波振動子との接続を切り換えて前記多数
の超音波振動子の内の所定数の超音波振動子を順次選択
する第１の切換手段と、該第１の切換手段を介して供給される前記所定数の超音
波振動子の出力信号を位相合成し互いに移相が90゜異な
る信号を送出する第１及び第２の位相合成手段と、前記第１の切換手段が選択する所定数の前記超音波振動
子を予め定められる時間後前記多数の超音波振動子との
接続を切り換えて順次選択する第２の切換手段と、該第２の切換手段を介して供給される前記所定数の超音
波振動子の出力信号を位相合成し互いに移相が90゜異な
る信号を送出する第３及び第４の位相合成手段と、第１及び第２の位相合成手段が送出する信号についてそ
れぞれ前記時間補正し第３及び第４の位相合成手段が送
出する信号との時間差を無くす時間補正手段と、該時間補正手段の出力信号と前記第３及び第４の位相合
成手段の出力信号とに基づいて第１の切換手段が送出す
る受信信号と第２の切換手段が送出する受信信号の搬送
波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段と、該角周波数算出手段か送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２１】広範囲方向にその搬送周波数が所定周波
数の探知パルス信号を発射する超音波送信手段と、第１及び第２の受波用超音波振動子を互いに一定の時間
差でもって広範囲方向の互いに異なる各方向を順次指向
させる超音波受波手段と、前記第１の超音波振動子により捕捉される受信信号を前
記第２の超音波振動子により捕捉される信号に対し前記
時間差を補正し、両振動子間の時間差を無くす時間補正
手段と、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記時間補正手段の出力
信号をパルス圧縮する第１のマッチドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記時間補正手段の出力
信号をパルス圧縮する第２のマッチドフィルタと、インパルス応答hc（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子
により捕捉される受信信号をパルス圧縮する第３のマッ
チドフィルタと、インパルス応答hs（ｔ）を有し前記第２の超音波振動子
により捕捉される受信信号をパルス圧縮する第４のマッ
チドフィルタと、第１乃至第４のマッチドフィルタの出力信号に基づいて
前記第１及び第２の超音波振動子が捕捉した受信信号の
搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記１搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を
算出する算出手段と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２２】第１及び第２の超音波振動子が同じ軌跡
上を機械的に回転させられる請求項21記載の水中探知装
置。
【請求項２３】第１及び第２の超音波振動子が、円上に
等間隔に配列された多数の超音波振動子の内の電気的に
切り換えられ選択されたものである請求項21記載の水中
探知装置。
【請求項２４】複数の超音波受信ビームを互いに一定の
時間差でもって基準点を中心に回転させ広範囲方向から
の到来信号を受信する水中探知装置において、広範囲方向にその搬送周波数が所定周波数の探知パルス
信号を発射する超音波送信手段と、広範囲方向の各方向から到来する超音波信号を単一の受
波ビームを所定の周期で回転させて受信する超音波受波
手段と、各方向ごとに捕捉される各々の受信信号につい
て前記所定の周期の時間差を補正し、周期に起因する信
号捕捉時間差を無くす時間補正手段と、同じ方向から到来し前記受波手段により捕捉された受信
信号の搬送波間の位相差を検出する位相差検出手段と、前記搬送波の位相差に基づいて受信信号の角周波数を算
出する算出手段と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを具
備することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２５】広範囲方向にその搬送周波数が所定周波
数の探知パルス信号を発射する超音波送信手段と、リニア状に配列された多数の超音波振動子を所定周期で
もって繰り返し走査しながら、到来する超音波信号を受
信する超音波受信器を有するとともに、この超音波受信
器で得られる受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換
回路と、このフーリエ変換回路でのフーリエ変換結果に基づいて
受信信号の位相スペクトラムを求める位相スペクトラム
演算回路と、この位相スペクトラム演算回路で得られた位相スペクト
ラムに基づいて、超音波振動子の今回の走査で得られた
受信信号とそれ以前の走査で得られた受信信号について
の各位相を引き算して、超音波信号の各到来方向ごとの
位相差を求める位相差算出回路と、前記位相差算出回路で検出された各受信信号の位相差に
基づいて物標からの超音波信号のキャリア角周波数を算
出するキャリア角周波数算出回路と、該角周波数算出手段が送出する角周波数を表わす信号に
基づいて角周波数に対応する所定の色信号を送出する色
信号生成手段と、該色信号生成手段の出力信号を表示する表示手段とを備
えることを特徴とする水中探知装置。
【請求項２６】削除
【請求項２７】削除
【請求項２８】複数の超音波受信ビームを互いに一定の
時間差でもって基準点を中心に回転させ広範囲方向到来
信号を受信する水中探知装置において、広範囲方向の水中を１本の受波ビームを所定の周期で繰
り返し走査することにより探査する水中探知装置におい
て、円上に等間隔に配置される多数の超音波振動子で構成さ
れる超音波受波手段と、前記多数の超音波振動子との接続を切り換えて前記多数
の超音波振動子の内の所定数の超音波振動子を順次選択
する切換手段と、該切換手段を介して供給される前記所定数の超音波振動
子の出力信号を位相合成し互いに位相が90゜異なる信号
を送出する第１及び第２の位相合成手段と、第１の位相合成手段の出力信号と第２の位相合成手段の
出力信号とを割り算する割算回路と、該割算回路の出力信号に基づいて位相量を演算する演算
回路と、該演算回路の出力信号を前記周期時間遅延させる遅延手
段と、前記演算回路の出力信号と該遅延手段の出力信号とを引
算し、両信号間の位相差を求める引算回路と、該引算回路が送出する位相差を表わす信号に基づいて到
来信号のキャリア角周波数を算出する算出手段とを具備
することを特徴とする水中探知装置。