JP2803658B2 - 合成開口ソーナーシステム - Google Patents

合成開口ソーナーシステム

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JP2803658B2 JP8293896A JP29389696A JP2803658B2 JP 2803658 B2 JP2803658 B2 JP 2803658B2 JP 8293896 A JP8293896 A JP 8293896A JP 29389696 A JP29389696 A JP 29389696A JP 2803658 B2 JP2803658 B2 JP 2803658B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8902Side-looking sonar
    • G01S15/8904Side-looking sonar using synthetic aperture techniques

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は合成開口ソーナーシ
ステムに関し、特に、マルチアパーチャ送受信方式を有
する海底探索用合成開口ソーナーシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の合成開口ソーナーシステ
ムは、小口径の送受波器で高分解能な画像を得るため、
例えば「近藤 倫正、大橋 由昌、実森 彰郎 共著
計測・センサにおけるディジタル信号処理 昭晃堂 7
4〜88頁、1993年5月」に示されるように合成開
口レーダの技術を基本として、単一ビームの送受波器
と、距離圧縮処理部、レンジカーバチャ補正処理部、ア
ジマス圧縮処理部、及び表示処理部から構成されてい
る。
【0003】また、単一ビーム送受信ではプラットフォ
ームの移動速度が制限される場合があり、これを避ける
ために、例えば「Michael P. Bruce、ア プロセッシン
グリクワイアメント アンド リゾリューション ケイ
パビリティー コンパリソン オブ サイドスキャン
アンド シンセティック アパーチャ ソーナーズ(A
Processing Requirement and Resolution Capability C
omparison of Side-Scan and Synthetic-Aperture Sona
rs)、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・オ
ーシャニック・エンジニアリング、第17巻、第1号、
106頁、110〜113頁、1992年1月( IEEE
Journal of Oceanic Engineering, vol.17, NO.1, p.10
6,pp.110〜113, JANUARY 1992)」に示されるように、
複数の送受波器を連結するマルチアパーチャ送信方式に
より1回の送信で複数回分の受信信号を得ている。
【0004】図9は、従来の合成開口ソーナーシステム
の一例を示すブロック図である。本例の合成開口ソーナ
ーシステムは送受波部100、距離圧縮処理部200、
レンジカーバチャ補正部300、アジマス圧縮処理部4
00、表示処理部500から構成される。
【0005】送受波部100は主として、外部から入力
される送信諸元に従って送信信号の発生、送信、及び受
信エコーの増幅、周波数変換、AD変換を行い、送受波
器101、送信器102、送信制御器103、受信器1
05から構成される。
【0006】距離圧縮処理部200は、受信した信号と
予め用意されている参照信号との相関をとることによ
り、受信エコーを圧縮して距離分解能を上げるもので、
FFT201、IFFT202、送信レプリカ信号作成
部203、FFT204で構成される。
【0007】レンジカーバチャ補正部300では、船体
移動経過時刻と船体速度を用いて計算される合成開口面
上の各送受信位置と、送信後の経過時刻によって計算さ
れるビーム焦点位置との間の伝搬時間を求める。更に、
各位置において求められた伝搬時間と合成開口中心位置
における伝搬時間との差分を算出することによりレンジ
カーバチャ補正値を計算し、補正値分受信データをシフ
トして各送受信位置とビーム焦点との間の伝搬時間を等
しくする。レンジカーバチャ補正部300は、時間シフ
ト処理部301及び伝搬時間計算部302から構成され
る。
【0008】アジマス圧縮処理部400は、送信方向と
送受波器移動方向のマトリクスデータであるレンジカー
バチャ補正部300の出力を送受波器移動方向にサンプ
リングし、距離毎に計算されるリファレンス関数との相
関をとることによって信号を圧縮し、アジマス方向の分
解能を向上させる。アジマス圧縮処理部400は、FF
T401、IFFT402、リファレンス作成部40
3、FFT404から構成される。
【0009】表示処理部500は、アジマス圧縮処理さ
れた信号を画面に表示し、表示処理器501、表示器5
02から構成される。
【0010】次に動作について説明する。
【0011】送受波部100において、送受波器101
は複数の音響変換素子によって構成され、送信器102
で作られた電気信号である送信信号を音波に変換して送
信し、又、受信した音波信号を電気信号に変換して受信
器105に出力する。送受波器101は船や水中航走体
などに艤装され、直線コース上を移動しながら一定の時
間間隔で送受信を繰り返す。この送受信の繰り返し間隔
をパルス繰り返し周期と称し、その逆数をパルス繰り返
し周波数(以下、PRFと称する)と呼ぶ。送信器10
2は送信制御器103によって制御される送信周波数、
パルス幅、PRF等の送信諸元を元に送信信号を作成、
増幅して送受波器101へ伝送する。送受波器101で
受信されたエコー信号は受信器105にて増幅、周波数
変換、AD変換された後、距離圧縮処理部200に伝送
される。ここで、エコー信号とは、送信された信号が物
体で反射し、受信地点に戻ってきた信号のことである。
【0012】距離圧縮処理部200では、エコー信号
と、送信レプリカ信号作成部203で作成された送信レ
プリカ信号とを相関処理することによってパルス幅を圧
縮する。距離圧縮処理部200の相関処理では、FFT
201とFFT204によって受信信号及び送信レプリ
カ信号に対してそれぞれFFT処理を実施して周波数領
域信号に変換し、両者を乗算する。その後、IFFT2
02によって乗算出力に逆FFT処理を実施し、時間領
域信号に戻すことによって相関処理を行う。
【0013】レンジカーバチャ補正部300では、伝搬
時間計算部302が、船体移動経過時刻を用いて計算さ
れる各送信位置及び送信後の経過時間によって計算され
るビーム焦点位置とから伝搬時間を計算し、合成開口中
心となる送受信位置の伝搬時間との差分をとることによ
ってレンジカーバチャ補正値を算出する。時間シフト処
理部301では、伝搬時間計算部302から出力される
レンジカーバチャ補正時間に従って、補正時間分各デー
タを時間シフトする。
【0014】図10にレンジカーバチャ補正の時間シフ
トタイミング図を示す。合成開口面上を移動する送受波
器の各位置で受信されるエコー信号は、各々の送受信位
置と、ビーム焦点位置との間の距離が異なるため往復伝
搬時間に差が現れる。その結果、各送受波器位置でサン
プルされるエコーデータは斜線で示されるエコー受信タ
イミングC3にて離散的に受信される。これらエコーデ
ータ受信タイミングC3は、送受波器位置とビーム焦点
位置から計算される開口面受信時刻C2に示される放物
線上に分布する。後段のアジマス圧縮処理部400で
は、各受信時刻ごとに送受波器位置方向にサンプリング
して処理を行うので、C3のタイミングで受信された各
データを伝搬時間が等しい等受信サンプル時刻C1上に
並ぶように時間シフトする。シフト量は合成開口中心の
伝搬時間が最短である送受信器位置0における開口面受
信時刻を規準とし、C3の各データに対してその位置に
おける開口面受信時刻との差分をとることによって計算
される。図では、送受波器位置−3から3までがシフト
なし、−4と4がt9からt8に、両端の二つがt10
からt8にシフトされている。
【0015】アジマス圧縮処理部400では各目標距離
毎に得られた等受信サンプル時刻線上のデータと、リフ
ァレンス作成部403にて計算される各距離毎の予測信
号とを相互相関処理することにより、送受波器進行方向
上の受信エコーパルス幅を圧縮して目標に焦点を合わせ
る。アジマス圧縮処理部400においても、距離圧縮処
理部200と同様に、FFT401及びFFT404に
よってFFT処理を実施して、レンジカーバチャ補正部
300の出力データ及びリファレンス作成部403の予
測信号を周波数領域データに変換し、乗算を行った後に
IFFT402によって逆FFT処理を行い、時間領域
データに再変換している。
【0016】表示処理部500ではアジマス圧縮処理部
400の出力信号を表示処理器501にて検波、閾値処
理等を行い、表示器502に画像表示する。
【0017】図11は、従来の合成開口ソーナーの送受
信における送受波器位置の一例を示す説明図である。図
において、縦方向の大きさは無いものとし、横方向の移
動位置に関してのみ大きさが存在するものとする。図1
1(a)は通常の送信方式による送受波器位置を表して
おり、送受波器開口長の半分ずつ移動しながら送受信を
繰り返す。D0〜D4はそれぞれ送受波器の移動位置を
示し、移動間隔は開口長の半分である。図11(b)は
従来のマルチアパーチャー送信方式の送受波器位置を表
しており、送受波器の開口長は通常の送信方式における
開口長の2倍である。送受波器の半分を分割開口1と
し、この部分で送信及び受信を繰り返す。残りの半分を
分割開口2とし、この部分は受信専用である。D0’〜
D3’はそれぞれ送受波器の位置を示し、移動間隔は通
常送信方式で用いられる送受波器の開口長である。マル
チアパーチャ送信方式によって1回の送信で2回分の受
信データが得られ、その結果プラットフォームの速度を
2倍にすることが可能となる。
【0018】次に従来の技術による出力例について図面
を参照して説明する。本出力例は、周波数を5kHz、
船体速度を1m/s、分割開口長を2mとして実施した
結果である。
【0019】図12(a)は、伝搬時間計算部302の
出力例であり、従来技術をマルチアパーチャ送受信に適
用したときのレンジカーバチャ補正時間を示すグラフで
ある。横軸は送受波器の位置で、合成開口中心を原点と
している。縦軸は補正時間を示す。図12(b)は、レ
ンジカーバチャ補正部300の出力例であり、従来技術
をマルチアパーチャ送受信に適用したときのレンジカー
バーチャ補正出力信号を示すグラフである。図12
(c)は、アジマス圧縮処理部400の出力例であり、
従来技術をマルチアパーチャ送受信に適用したときのア
ジマス圧縮出力信号を示すグラフである。
【0020】図12(b)ではレンジカーバチャ補正後
の信号が歪み、結果として図12(c)のアジマス圧縮
結果に示されるようにサイドローブレベルを増大させて
いる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術
は、以下の問題点がある。
【0022】第1の問題点は、従来技術のマルチアパー
チャ送受信方式による合成開口ソーナーシステムを構成
した場合、位相誤差が生じて合成開口像が劣化するとい
うことである。
【0023】これは、従来のレンジカーバチャ補正では
送受波器の中心位置を基準に信号伝搬時間を求めるた
め、送受波器上の送受信位置が異なるマルチアパーチャ
送受信方式では、伝搬時間誤差が生じるからである。
【0024】第2の問題点は、従来のマルチアパーチャ
送受信方式では、送受波器の開口面積が大きくなり、搭
載する船体の大きさによる艤装制限を受けることであ
る。特に、水中航走体の様な小型船体の場合に大きな問
題となる。
【0025】従来のマルチアパーチャ送受信方式に用い
られる送受波器では、当該位置での送受信に使用しない
開口部分が現れるが、その分だけ冗長になっていること
も原因である。
【0026】第3の問題点は、従来のマルチアパーチャ
送受信方式では送受波器の大きさが第2の問題点によっ
て制限されるため、要求される船体移動速度を実現する
ために必要なマルチ送受信数が得られなくなる場合があ
ることである。
【0027】この場合、必要なマルチ送受信数分の分割
開口を送受波器上に構成できなくなる。合成開口ソーナ
ーでは前提条件として、1送受信間に許容される移動距
離が送受波器開口長の半分以下でなければならない。従
って、船体速度と1送受信間の送受波器移動許容距離と
の間にトレードオフが生じることがあり、要求される船
体移動速度を満たす為に送受信開口長を長くしなければ
ならなくなる場合がある。しかし、送受波器の大きさが
第2の問題点によって制限されるため、送受信開口長を
長くできないからである。
【0028】上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目
的は、レンジカーバチャ補正誤差を低減し、送受波器の
大型化を防ぎ、かつ、船体速度によるマルチ送受信数の
制限を緩和する合成開口ソーナーシステムを提供するこ
とにある。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明の合成開口ソーナ
ーシステムは、開口部を複数に分割し、その一分割開口
部を音波信号送受信用、他の分割開口部を音波信号受信
用とする送受波器と、送受波器の開口長と分割開口長と
の比が整数倍となるように、パルス繰り返し周波数を船
体速度及び分割開口長の可変により自動的に微調整し、
かつ、受信用分割開口部の切替を制御するPRF調整器
と、PRF調整器の制御諸元と他の諸元により送信器を
制御する送信制御器と、送信制御器の指示によって送信
音波信号を作成して送受波器の送受信用分割開口部に出
力する送信機と、送受波器からの受信音波信号を増幅、
AD変換して出力する受信器と、送受波器の音響変換素
子出力を一旦保持し、PRF調整器の制御によって該当
分割開口部に対応する素子出力を切替えて加算出力する
分割開口切替器とで構成される送受波部と、該送受波部
から出力される受信音波信号を送信方向に対してパルス
幅圧縮する距離圧縮処理部と、距離圧縮処理部出力に対
して送受波器の各分割開口部における受信時刻の同期を
はかるレンジカーバチャ補正部と、レンジカーバチャ補
正部出力に対して船体の進行方向にパルス幅圧縮を行う
アジマス圧縮処理部と、アジマス圧縮処理結果に対して
表示処理を行い、その結果を表示する表示処理部とを、
有する。
【0030】PRF調整器では、船体速度及び分割開口
長の可変によりPRFを自動調整して送受波器開口長が
分割開口長の整数倍と一致するように、分割開口出力を
切り替えて処理を行う。これにより、送受波器の送受信
用分割開口の開始位置と、送受波器の開始位置が一致す
るので、送受信に用いられない送受波器の冗長区間を削
除でき、送受波器開口長を短くすることが可能である。
また、送受波器開口長を短く出来るので、艤装する船体
の大きさ制限内で、マルチ送受信数を増やすことが出来
る。 また、開口部を複数に分割し、その一分割開口部
を音波信号送受信用、他の分割開口部を音波信号受信用
とする送受波器を有し、送信音波信号を作成及び制御し
て送信し、又、受信音波信号を増幅及びAD変換して次
段に出力する送受波部と、送受波部から出力される受信
音波信号を送信方向に対してパルス幅圧縮する距離圧縮
処理部と、ビーム焦点位置と送受信用分割開口部との間
の音波信号伝搬時間と、ビーム焦点位置と受信用分割開
口部との間の音波信号伝搬時間とによりレンジカーバチ
ャ補正時間を求める分割開口伝搬時間計算部と、距離圧
縮処理部出力である前記各分割開口部のデータを、前記
レンジカーバチャ補正時間に従って時間シフトして、分
割開口部間の位相ずれを自動補正する時間シフト処理部
とで構成されるレンジカーバチャ補正部と、レンジカー
バチャ補正部出力に対して船体の進行方向にパルス幅圧
縮を行うアジマス圧縮処理部と、アジマス圧縮処理結果
に対して表示処理を行い、その結果を表示する表示処理
部とを有してもよい。
【0031】レンジカーバチャ補正部では、各送受信毎
に、ビーム焦点位置と送受信分割開口間の信号伝搬時
間、及びビーム焦点位置と受信用分割開口間の信号伝搬
時間とを別々に求める。このため、信号往復伝搬時間が
正確に求められ、レンジカーバチャ補正時に生じる位相
誤差を低減することが出来る。
【0032】
【発明の実施の形態】次に、本発明における第1の実施
の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1を
参照すると、送受波部10、距離圧縮処理部20、レン
ジカーバチャ補正部30、アジマス圧縮処理部40、表
示処理部50から構成されている。距離圧縮処理部2
0、アジマス圧縮処理部40、表示処理部50は図10
に示される従来技術の距離圧縮処理部200、アジマス
圧縮処理部400、表示処理部500と同等である。
【0033】送受波部10は、一つの送受信用分割開口
と複数の受信用分割開口に区分できる開口面を有する送
受波器11と、送信制御器13によって指示された送信
信号を作成及び増幅し、送受波器11へ送出する送信器
12と、送信周波数、パルス幅、送信間隔などの送信諸
元をもって送信機12を制御する送信制御器13と、送
信諸元のうち船体の速度、分割開口長、パルス繰り返し
周波数等を微調整して送受波器開口長の半分が分割開口
長の整数倍となるようにするPRF調整器14と、送受
波器を構成する複数の音響変換素子からの受信信号を増
幅、A/D変換した後に分割開口切替器16に出力する
受信器15と、PRF調整器14の制御を受けて分割開
口の音響変換素子出力を保持、切替、加算して距離圧縮
処理部20へ出力する分割開口切替器16とで、構成さ
れる。
【0034】レンジカーバチャ補正部30は、送信後の
経過時間によって計算されるビーム焦点位置及び、送受
波器移動経過時刻並びに送受波器上の分割開口位置によ
って計算される送受信分割開口位置と受信分割開口位置
によって往復伝搬時間を求め、レンジカーバチャ補正値
を算出する分割開口伝搬時間計算部32と、距離圧縮処
理部20の出力を保持して、レンジカーバチャ補正時間
分シフトする時間シフト処理部31とで、構成される。
【0035】次に図1のシステムの動作について、図を
参照して説明する。
【0036】まず、送受波部10の処理をフローチャー
トにして図2に示す。
【0037】PRF調整器14は送信諸元からマルチ送
受信数、船体の速度、必要開口長、分割開口長、PRF
を計算する。すなわち、PRFを調整するために船体の
移動速度を可変し、更に送受波器の使用音響変換素子数
を可変して分割開口長の制御を実施する(S1)。その
後、PRF調整した制御データを送信制御器13及び分
割開口切替器16に送出する。
【0038】送信制御器13は、PRF調整器14から
の制御データ及び外部から入力される送信信号諸元によ
り、送信制御信号を作成し、送信器12を制御し、指定
された分割開口から送信信号が送信されるようにする
(S2)。
【0039】送信器12は、送信諸元及びPRF調整器
14からの制御信号に従って送信信号を作成し、増幅し
た後に送受信波器11の送受信用分割開口に出力する
(S3)。
【0040】送受波器11は、送信信号を送信用分割開
口から送信し、エコー信号を開口全体で受波する(S
4)。
【0041】受信器15は、送受波器を構成する複数の
音響変換素子からの受信信号を増幅、周波数変換、A/
D変換した後に分割開口切替器16に出力する(S
5)。
【0042】分割開口切替器16はPRF調整器14か
らの制御データに従って、保持している全開口の受信デ
ータを分割開口毎に切替え、更に各分割開口を構成する
音響変換素子の出力を加算して距離圧縮処理部20に送
出する(S6)。
【0043】PRF調整器14における計算は図3に示
すフローチャートに従って行われる。図3のフローチャ
ートでは、S11で必要とされる最大開口長を求め、S
12で送受波器の1送受信間移動距離を求める。S13
では、必要なマルチ送受信数を計算する。S14では、
分割開口長の整数倍が最大開口長の半分となるように船
体速度及び分割開口長を調整し、短縮した送受波器開口
長を定める。ここでD’は送受波器の最大必要開口長、
Vは船体の速度、Cは音速、Rmはビームの最大焦点距
離、Dは要求アジマス分解能を満たすために必要な分割
開口長、Nはマルチ送受信数、DmはPRF調整を行っ
た後の短縮開口長である。また、[X/Y]NLI はX
をYで除した結果の余りが0ならばその時の商を、0以
外ならその時の商より大きい商に一番近い整数を求める
演算を表す。
【0044】マルチアパーチャ送受信時における送受波
器の開口長並びにその移動の様子を図4に示す。マルチ
送受信数は実施される状況によって異なるが、本例では
4とする。送受波器A1は最大開口長D’を有し、一回
の送信でD’/2の距離を移動して次の送受信位置へ移
る。又、要求されるアジマス分解能を満たすために、隣
り合う分割開口はD/2間隔で配置されている。図4に
おいて、縦方向の大きさは無視し、送受波器A1は水平
方向にのみ移動するものと考える。マルチアパーチャ送
受信方式を適用した結果、送受波器A1はその開口面上
にA11からA14に示される開口長Dの分割開口を有
する。A11を送受信用分割開口、他の分割開口は受信
専用として用いる。
【0045】図4(a)にPRF調整が行われない場合
における送受波器移動の様子を示す。分割開口間隔D/
2と送受波器移動間隔D’/2が整数倍の関係でないた
め、当該送受波器位置の分割開口4 A14と次の送受
波器位置における分割開口1A11との間隔がD/2と
なるためには、送受波器A1上に冗長部A3が必要であ
る。この冗長部A3は送受信を繰り返すに従って送受波
器の右へずれてゆき、どの送受信時においても必ず存在
するので、結果として送受波器は最大開口長D’が必要
とされる。
【0046】図4(b)にPRF調整が行われた場合に
おける送受波器移動の様子を示す。図1のPRF調整器
14によって分割開口に使用される音響変換素子数が調
整された結果、分割開口長Dの半分の整数倍が最大開口
長の半分であるD’/2となり、分割開口3 A13の
右端は次の送受信位置における送受波器A1の左端と一
致する。従って、冗長部A3は存在せず、又、不要開口
部A2の部分は定常的に次の送受信位置の分割開口部と
重なるため不要開口部となり、この部分を短縮した送受
波器を艤装することが可能となる。
【0047】分割開口切替器16は、受信器15の出力
を保持し、分割開口を構成する音響変換素子の出力を切
り替えて各素子出力を加算した後、距離圧縮処理部20
へ送出する。この、切替え及び素子出力の加算は、マル
チ送受信数Nの回数分繰り返し行われる。
【0048】距離圧縮処理部20は従来例の距離圧縮処
理部200と同等であり、FFT21及びIFFT2
2、送信レプリカ信号作成部23、FFT24から構成
され、送受波部10からの入力信号と予め用意してある
送信レプリカ信号との相関をとることによって受信エコ
ーのパルス幅を圧縮する。但し、距離圧縮処理部20は
マルチ送受信数Nの回数分処理を繰り返す。
【0049】レンジカーバチャ補正部30における分割
開口伝搬時間計算部32は、送受信用分割開口とビーム
焦点位置間の信号伝搬時間、及び、ビーム焦点位置と受
信用分割開口間の信号伝搬時間を計算して往復伝搬時間
を求める。各分割開口の位置は、送受波器移動経過時刻
と移動速度の積と送受波器内の分割開口座標によって、
又、ビーム焦点位置は合成開口中心位置における送信後
の経過時刻と音速の積によって求められる。
【0050】図5に分割開口とビーム焦点位置間の往復
伝搬距離を表す説明図を示す。図において、R0は合成
開口中心からビーム焦点位置までの距離を、Rctは送受
信用分割開口からビーム焦点位置までの距離を、Rcrm
はビーム焦点位置から受信用分割開口までの距離を示
す。また、Lctは送受信用分割開口位置から合成開口中
心までの距離を、Lcrmは受信分割開口位置から合成開
口中心までの距離を表す。ここで、R0は合成開口面か
らビーム焦点位置までの最短距離を示しており、ビーム
焦点位置は合成開口面の垂線上に存在する。
【0051】Rct、Rcrmはそれぞれ次式で示される。
【0052】 Rct = ( R02+Lct2 )1/2 Rcrm = ( R02+Lcrm2 )1/2 従って 分割開口による往復伝搬距離は Rct + R
crm で示され、合成開口中心における往復伝搬距離
2R0 との差 ΔRcrmは ΔRcrm = (Rct+Rcrm)− 2R0 で表される。従ってレンジカーバチャ補正量Δtcrmは Δtcrm = ΔRcrm/C で計算される。ここでCは音速を示す。合成開口を開始
する位置を原点とすると、合成開口中心位置は λ・R
0/2D で示される。λは送信信号の波長、Dは分割
開口長である。送受波器の送受信位置は船体速度と送受
波器移動経過時刻との積で求められ、また、送受波器上
のそれぞれの分割開口位置はDの倍数で定まっている。
従って、Lct及び、Lcrmをそれぞれの送受信位置で計
算することにより、各開口位置におけるレンジカーバチ
ャ補正量が一意に定まる。この補正量に従って時間シフ
ト処理部31で距離圧縮処理部20の出力データを時間
シフトし、レンジカーバチャ補正を行う。
【0053】アジマス圧縮処理部40はFFT41、I
FFT42、リファレンス作成部43、FFT44とで
構成されており、従来例のアジマス圧縮処理部400と
同等である。レンジカーバチャ補正部30の出力データ
は、各々の分割開口上で送信後経過時間に沿って処理さ
れているので、分割開口を行、送信後経過時間を列とす
るマトリクス構造を有する。即ち、レンジカーバチャ補
正部30では、行の構成要素毎に列方向に対して処理を
行っている。これに対し、アジマス圧縮処理部40で
は、各送信後経過時間に対応する分割開口上のデータに
対して処理を行っている。即ち、列の構成要素である各
送信後経過時間に対して行方向に処理を行っている。従
って、レンジカーバチャ補正部30の出力と、各送信経
過時間毎に計算される分割開口方向のリファレンス信号
とを相関することによって送受波器移動方向の受信エコ
ーパルス幅を圧縮する。
【0054】表示処理部50は従来例の表示処理部50
0と同等であり、表示処理器51と表示器52で構成さ
れ、アジマス圧縮処理部40の出力を検波、閾値処理し
て画像表示する。
【0055】次に、本発明の第2の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0056】図6を参照すると、送受波部10、距離圧
縮処理部60、レンジカーバチャ補正部70、アジマス
圧縮処理部40、表示処理部50から構成されている。
送受波部10、アジマス圧縮処理部40、及び表示処理
部50は第1の実施の形態と同等である。距離圧縮処理
部60では、第1の実施の形態で示される距離圧縮処理
部20からIFFT22が削除される構成となってい
る。レンジカーバチャ補正部70では、第1の実施の形
態で示されるレンジカーバチャ補正部30に対してFF
T71が加わり、かつ、時間シフト処理部31が乗算器
とIFFT72に置換される構成となっている。これら
の、ブロックの削除及び追加は、第1の実施の形態で実
施するレンジカーバチャ補正が時間領域で処理されるの
に対して、第2の実施の形態では周波数領域で処理され
るためである。
【0057】次に動作について説明する。FFT71及
び、IFFT72以外は第1の実施の形態の各ブロック
と同等の動作をする。FFT71は、分割開口伝搬時間
計算部32によって計算された送信後経過時間及び分割
開口のレンジカーバチャ補正値マトリクスに対してFF
T演算を行い、周波数領域データに変換する。このとき
のFFT演算は、各分割開口毎に送信後経過時間方向に
実施する。このFFT71の出力と距離圧縮処理部60
から得られた各分割開口毎の周波数領域データを乗算
し、IFFT72へ出力する。IFFT72では逆FF
T処理により時間領域データへの変換を行い、その結果
を送信後経過時間及び分割開口のデータマトリクスとし
て保持する。更に、IFFT72はアジマス圧縮処理部
40に対して、各経過時間毎の補正された分割開口デー
タを順次送出する。
【0058】次に本発明の第1の実施の形態による出力
例について図面を参照して説明する。本発明の出力例は
マルチ送受信数を4、周波数を5kHz、船体速度を1
m/s、分割開口長を2mとして実施した結果である。
また、PRF調整によって、送受波器の冗長部分が削除
されている状態となっている。
【0059】図7(a)に、ビーム焦点距離Rが105
0mにおける理想レンジカーバチャ補正時間を示す。横
軸は送受波器の位置で、合成開口中心を原点としてい
る。縦軸は補正時間をしめす。図7(b)にこの時のレ
ンジカーバチャ補正の出力例を、図7(c)にアジマス
圧縮の出力例を示す。図8(a)に本発明の実施の形態
1による分割開口伝搬時間計算部32出力例、図8
(b)にレンジカーバーチャ補正部30出力例、図8
(c)にアジマス圧縮処理部40出力例を示す。図7と
図8の対比において、理想状態の出力と、本発明の第1
の実施の形態の出力結果はよく一致している。
【0060】図12(a)、図12(b)、図12
(c)に従来の技術による伝搬時間計算部302、レン
ジカーバチャ補正部300、アジマス圧縮処理部400
の出力例を示したが、図12(b)ではレンジカーバチ
ャ補正後の信号が歪み、結果として図12(c)のアジ
マス圧縮結果に示されるようにサイドローブレベルを増
大させていた。この従来の技術の出力に比し、本発明の
第1の実施の形態の出力結果は理想状態の出力にはるか
に近い。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はマルチア
パーチャ送受信時の往復伝搬時間を詳細に求めているた
め、合成開口ソーナーにマルチアパーチャ送受信方式を
適用した際に生じるレンジカーバチャ補正誤差を低減で
きるという効果がある。
【0062】また、船体速度、分割開口長及びPRFを
微調整して分割開口長の倍数が必要最大開口長となるよ
うにすることにより、送受波器の冗長部分を削除するた
め、合成開口ソーナーにマルチアパーチャ送受信方式を
適用した際に生じる送受波器の大きさを必要最大開口長
よりも縮小できる。
【0063】さらに、必要とされる送受波器開口長が短
くなるので、艤装する船体の大きさ制限内で、マルチ送
受信数を増やすことが出来るため、合成開口ソーナーに
マルチアパーチャ送受信方式を適用する際に現れる、船
体速度によるマルチ送信数の制限を緩和出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の合成開口ソーナーシステムの第1の実
施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1の送受波部10の動作を示すフローチャー
トである。
【図3】図1のPRF調整器14における計算を示すフ
ローチャートである。
【図4】図1の送受波器11の動作を示す説明図であ
る。 (a)PRF調整がされていないときの送受波器構成で
ある。 (b)PRF調整がされているときの送受波器構成であ
る。
【図5】図1の分割開口伝搬時間計算部32による分割
開口とビーム焦点位置間の往復伝搬距離の求め方を示す
説明図である。
【図6】本発明の他の実施の形態を示すブロック図であ
る。
【図7】(a)理想状態におけるレンジカーバチャ補正
時間を示すグラフである。 (b)理想状態におけるレンジカーバーチャ補正出力信
号を示すグラフである。 (c)理想状態におけるアジマス圧縮出力信号を示すグ
ラフである。
【図8】(a)本発明の第1の実施の形態におけるレン
ジカーバチャ補正時間を示すグラフである。 (b)本発明の第1の実施の形態におけるレンジカーバ
ーチャ補正出力信号を示すグラフである。 (c)本発明の第1の実施の形態におけるアジマス圧縮
出力信号を示すグラフである。
【図9】従来の合成開口ソーナーシステムの構成を示す
ブロック図である。
【図10】従来の合成開口ソーナーにおけるレンジカバ
ーチャ補正の動作を示すタイミング図である。
【図11】(a)従来の通常の送受信動作を示す説明図
である。 (b)従来のマルチアパーチャ送受信動作を示す説明図
である。
【図12】(a)従来技術をマルチアパーチャ送受信に
適用したときのレンジカーバチャ補正時間を示すグラフ
である。 (b)従来技術をマルチアパーチャ送受信に適用したと
きのレンジカーバーチャ補正出力信号を示すグラフであ
る。 (c)従来技術をマルチアパーチャ送受信に適用したと
きのアジマス圧縮出力信号を示すグラフである。
【符号の説明】
10、100 送受波部 11、101、A1 送受波器 12、102 送信器 13、103 送信制御器 14 PRF調整器 15、105 受信器 16 分割開口切替器 20、60、200 距離圧縮処理部 21、41、71、201、401 FFT 22、42、72、202、402 IFFT 23、203 送信レプリカ信号作成部 30、70、300 レンジカーバチャ補正部 31、301 時間シフト処理部 32 分割開口伝搬時間計算部 40、400 アジマス圧縮処理部 43、403 リファレンス作成部 50、500 表示処理部 51、501 表示処理器 52、502 表示器 302 伝搬時間計算部 A2 不要開口部 A3 冗長部 A11 分割開口部1 A12 分割開口部2 A13 分割開口部3 A14 分割開口部4 C1 等受信サンプル時刻 C2 開口面受信時刻 C3 エコーデータ受信タイミング D0 送信1における送受波器移動位置 D1 送信2における送受波器移動位置 D2 送信3における送受波器移動位置 D3 送信4における送受波器移動位置 D4 送信5における送受波器移動位置 D0’ 送信1における分割開口1の移動位置 D1’ 送信2における分割開口1の移動位置 D2’ 送信3における分割開口1の移動位置 D3’ 送信4における分割開口1の移動位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 15/96

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開口部を複数に分割し、その一分割開口
    部を音波信号送受信用、他の分割開口部を音波信号受信
    用とする送受波器と、 該送受波器の開口長と分割開口長との比が整数倍となる
    ように、パルス繰り返し周波数を船体速度及び分割開口
    長の可変により自動的に微調整し、かつ、受信用分割開
    口部の切替を制御するPRF調整器と、 該PRF調整器の制御諸元と他の諸元により送信器を制
    御する送信制御器と、 該送信制御器の指示によって送信音波信号を作成して前
    記送受波器の送受信用分割開口部に出力する送信機と、 前記送受波器からの受信音波信号を増幅、AD変換して
    出力する受信器と、 前記送受波器の音響変換素子出力を一旦保持し、前記P
    RF調整器の制御によって該当分割開口部に対応する素
    子出力を切替えて加算出力する分割開口切替器とで構成
    される送受波部と、 該送受波部から出力される受信音波信号を送信方向に対
    してパルス幅圧縮する距離圧縮処理部と、 該距離圧縮処理部出力に対して前記送受波器の各分割開
    口部における受信時刻の同期をはかるレンジカーバチャ
    補正部と、 該レンジカーバチャ補正部出力に対して船体の進行方向
    にパルス幅圧縮を行うアジマス圧縮処理部と、 アジマス圧縮処理結果に対して表示処理を行い、その結
    果を表示する表示処理部とを、 有することを特徴とする合成開口ソーナーシステム。
  2. 【請求項2】 開口部を複数に分割し、その一分割開口
    部を音波信号送受信用、他の分割開口部を音波信号受信
    用とする送受波器を有し、送信音波信号を作成及び制御
    して送信し、又、受信音波信号を増幅及びAD変換して
    次段に出力する送受波部と、 該送受波部から出力される受信音波信号を送信方向に対
    してパルス幅圧縮する距離圧縮処理部と、 ビーム焦点位置と送受信用分割開口部との間の音波信号
    伝搬時間と、ビーム焦点位置と受信用分割開口部との間
    の音波信号伝搬時間とによりレンジカーバチャ補正時間
    を求める分割開口伝搬時間計算部と、 前記距離圧縮処理部出力である前記各分割開口部のデー
    タを、前記レンジカーバチャ補正時間に従って時間シフ
    トして、分割開口部間の位相ずれを自動補正する時間シ
    フト処理部とで構成されるレンジカーバチャ補正部と、 該レンジカーバチャ補正部出力に対して船体の進行方向
    にパルス幅圧縮を行うアジマス圧縮処理部と、 アジマス圧縮処理結果に対して表示処理を行い、その結
    果を表示する表示処理部とを、 有することを特徴とする合成開口ソーナーシステム。
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