JP2905370B2 - 水中探知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中探知装置に関し、
特に自船を中心として広範囲の領域に対する探査結果を
平面画として表示できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自船を中心として主に水平方向の水中物
体を見る装置として従来より、スキャニングソナーやサ
ーチライトソナーがある。図１はこのスキャニングソナ
ーに用いられる送受波器を示しており、この送受波器に
よるビーム形成を述べる。この送受波器Ｔは、ｎ個の振
動子Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃，…Ｔnを円環状に並べたものをｍ段
積層した円筒体をなす。送波時においては、全振動子を
励起させることで全方位方向に超音波が送波され、それ
によるエコーの受波時には、縦方向の一列の振動子Ｔ
x₁，Ｔx₂，Ｔx₃，…Ｔxmを一群として、各振動子Ｔxxに
所定量の遅延を与えることで、所望のチルト角θをなす
受波ビームが形成され、更に、例えば７組みの各振動子
列でそれぞれ形成された同じ俯角をなす受波ビーム相互
を、位相合成することにより、図２に示すように、中央
の振動子列の放射方向に１本の鋭い指向性を持つ受波ビ
ームＢが形成される。この７組みの振動子列を１列づつ
順次シフトさせることで、図３に示したように、円錐体
表面に沿うようにして受波ビームＢが連続的に形成され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４は、図３における
受波ビームの垂直断面図を示し、図５は、このときの海
底探査領域を示しており、自船Ｑを中心としてドーナツ
状の領域Ｓが探査される。図４におけるビーム角τは、
通常、１０°前後と狭く、従ってそのビームから外れた
領域の探査漏れが生じる。この不具合を避けるために図
６のようにビーム角を広げれば、ビーム幅内のエコーに
対しては角度分解能がないため、自船を中心とした同一
半径円上に存在する物体Ａと物体Ｂとは、ＰＰＩ(平面)
画面上では重なって表示されてしまい、従って自船から
の水平距離ｈa，ｈbも不明である。又、自船直下の海底
までの距離より遠い距離にある物体Ｃは直下の海底より
の強いエコーに埋もれてしまい、認識できない。

【０００４】これに対し、図７に示すように、振動子ア
レイを用いて、自船Ｑの直下方向を通る垂直断面に対し
て走査することで、半円状の領域Ｓ₂を探査する半周型
スキャニングソナーや、垂直方向の広域領域に走査する
セクタースキャニングソナーやサーチライトソナーがあ
る。これによれば、広範囲の垂直断面表示が得られ、そ
の垂直断面に位置する物体の水平および垂直距離がわか
るが、表示器で表示されるのは特定の１方向であり、自
船の全周囲を表示するものではない。

【０００５】特公昭５９−４６７４号の「水中探知装
置」は、図７に用いられた送受波器を、１垂直断面を探
査する毎に旋回して全方位の探索を可能にするものであ
るが、その目的は、被探査物体を３次元表示するもので
あり、一目で全方位を認識するものではなかった。

【０００６】又、特公開６３−２６８７６号の「水中物
体表示装置」は、上記のスキャニングソナーやサーチラ
イトソナーにおいて、円錐体表面に沿って探査する毎
に、そのチルト角を順次変化させることにより、自船を
中心とする同心円状に順次探索するものであるが、図１
に示した送受波器Ｔで電気回路によりチルト角を変える
ためには回路構成が複雑となり、又、そのチルト角はス
テップ状でしか変化できないため方位分解能が良くな
く、更には、送受波器Ｔの構成上、直下方向の探査はで
きない。しかも広範囲を探査するものの、図８に示した
ように、１画面に表示できるのは、“平面表示部”Ｓ₄
と、該表示部に含まれた物体を通る任意の“断面表示
部”Ｓ₅であり、この場合も、広範囲の領域を一目で確
認できるものではなかった。

【０００７】尚、広い範囲の海底の地形図を作成するも
のとして実開昭６４−３０４６７号の「海底地形の等深
表示装置」があるが、この装置は自船が航行する過程
で、走査により、航行方向と直交する方向に対して海底
よりのエコーを検出して海底のみを表示するものである
が、魚群等を表示することはできず、又、自船(好まし
くは停止状態)を中心とした全方位方向の情報を得るこ
とはできなかった。

【０００８】従って本発明は、自船を中心とした広範囲
の海底の深度並びに水中物体をＰＰＩ(平面)画として表
示できる水中探知装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本第１発明は、請求項１
にあるように、自船下方の広範囲領域に対してビームを
送波し、受波時には、狭ビームを１方向にスキャンする
ことにより、自船下方に扇形状に拡がる受波ビームを形
成する送受波器と、前記送受波器の送受波面を水底方向
に向けたまま、所定のステップ角で間欠的に送受波器を
旋回させる送受波器駆動部と、前記ステップ角で旋回さ
せる毎に前記送受波器で捕捉された各水中断面の信号に
基づき上記平面画を作成する平面画作成手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１０】本第２発明は、請求項１１にあるように、
自船を中心とした広範囲の領域に対する探査結果を表示
器に平面画として表示器に表示するようにした水中探知
装置であって、全方位に超音波を送波し、そのエコーを
所望のチルト角θにして全方位に旋回する受波ビームを
形成する送受波器(Ｙ₁)と、深度方向に探査すべく、受
波ビームを１旋回する毎に、チルト角をθ₁、θ₂、
θ₃、…θnと順次増大させ、これを繰り返すことで水中
を三次元的に探査するに際し、初回のチルト角(θ₁、θ
₂、θ₃、…θn)に対して、２回目以降の各チルト角θに
おいて、同一方位φでは同一深度が探査されるよう、
(θ₁'、θ₂'、θ₃'、…θn')、(θ₁”、θ₂”、θ₃”、
…θn”)、…のチルト角のデータを発生するチルト角設
定データ発生部(Ｙ₂)とを備え、これにより得られる深
度別のデータに従って上記平面画を作成することを特徴
とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記した本第１発明では以下の実施例
でも詳しく述べるように、送受波器はアレイ型のものを
用い、この送受波器によって図９に示したように、自船
Ｑの下方を通り、かつ送受波器の振動子配列方向(矢印
Ａ)に受波ビームをスキャンさせることで、帯状の領域
Ｓ₁(実際には側方でビームが拡がるために図１０に示す
ように細長い扇形状となる)に対して例えば水底深度を
検出する。次に送受波器を僅かに旋回し(送受波器の振
動子配列方向の向きを変える)、探査領域を矢印Ｂ方向
に旋回した上で、図１０に示したように、同様に扇形状
の領域Ｓ₂に対して水底深度を検出する。このように扇
形状の領域を検出する毎に、表示器ＣＲＴに、検出領域
に対する水底深度が図１０と同じように表示される。送
受波器を１８０°旋回した時点で、自船Ｑを頂点とし、
円形の探査領域Ｓ₀を底面とする３次元の領域がくまな
く検出され、その検出結果に基づき、図１１に示すよう
に、表示器ＣＲＴに自船から広範囲の水底を眺めた時の
ようなＰＰＩ画による水底Ｚの深度図が完成する。

【００１２】図１２に示すように、送受波器による受波
ビームを直下方向から一方の側方に向けて走査させるの
であれば、送受波器を３６０°旋回する必要がある。

【００１３】ここでは、単に最大のエコーを検出するこ
とで水底を捕えたが、請求項２に記したように、水中物
体と水底とのデータを識別する手段(具体的には請求項
９に記したようにデータの読み出し範囲を設定する)を
備えれば、図１３に示したように、水中物体Ｇのみを表
示したり、図１４に示したように、水中物体Ｇの表示領
域外の背景部に対して水底Ｚを表示することができる。

【００１４】図１１の水底Ｚおよび図１３の水中物体Ｇ
は、請求項３または４に記したように、それらの信号レ
ベルあるいは信号に含まれる深度情報に応じて色別に表
示したり、単色による濃淡表示することができる。これ
らの図１１および図１３の表示器ＣＲＴの右下に記した
Ｈは深度またはエコーレベルを示すカラーバーである。

【００１５】又、図１４のように、水中物体Ｇおよび水
底Ｗを同時に表示するのであれば、請求項５に記したよ
うに、水中物体は、その信号レベルに応じて色別表示
し、水底はその信号に含まれる深度情報に応じ、別色の
色にて濃淡表示すると見易い表示となる。

【００１６】更に、請求項６に記したように、水中物体
Ｇを通る方向の垂直断面画Ｆを、図１４のごとく、表示
器ＣＲＴ上の表示Ｅに併記して表示すれば、水底Ｚと水
中物体Ｇとの深度関係を容易に把握することができる。

【００１７】請求項１１に記した第２発明では、超音波
振動子として図１に示したタイプのものを用い、この超
音波振動子にて図１５に示したように、円錐体の表面を
沿うようにして受波ビームＢが１旋回する毎に、そのチ
ルト角θを順次増大させることにより、垂直方向に探査
し、これを繰り返すことにより、水中を３次元的に探査
するものである。図中の矢印方向の水中断面における探
査ポイントの軌跡を破線で示した。

【００１８】図１６は、図１５における垂直断面におけ
る探査軌跡の詳細図であるが、説明を簡単にするため
に、ここではチルト角は単にθ₁、θ₂の２段階に変化す
るものとした。受波ビームＢのチルト角θ₁、θ₂時での
探査ポイントをＰ₁₁、Ｐ₁₂で示す。Ｑ−Ｐ ₁₁ 長に比べて
Ｑ−Ｐ ₁₂ 長が長くなっているのは、受波ビームＢの１旋
回に要した時間のためである。ポイントＰ₁₂を探査すれ
ば、チルト角をθ₁に戻して次にポイントＰ₂₁を探査
し、チルト角θ₂ではポイントＰ₂₂を探査する。

【００１９】ところで、この図でわかるように、チルト
角が一定であっても、探査ポイントＰ₁₁とＰ₁₂とでは深
度が異なり、このままではこれらの検出データを３次元
表示用として供するには不便である。そこで本第２発明
では、２回目の垂直方向の探査時においては、探査ポイ
ントがポイントＰ₁₁と同深度であるポイントＰ₂₁'が探
査されるように、チルト角をθ₁からθ₁'に変化させて
いる。ここで、Ｑ−Ｐ ₂₁ ＝Ｑ−Ｐ ₂₁ 'である。同様に、
次の探査ポイントとしてポイントＰ₁₂と同じ深度となる
ポイントＰ₂₂'が探査されるよう、チルト角をθ₂からθ
₂'に変化させている。ここで、Ｑ−Ｐ ₂₂ ＝Ｑ−Ｐ ₂₂ 'で
ある。ここで、請求項１６に記したように、同深度のポ
イントＰ₁₁、Ｐ₂₁'のデータは一つの等深層メモリ(５２
-1)に格納し、又、同深度のポイントＰ₁₂、Ｐ₂₂'はデー
タは別の等深層メモリ(５２-2)に格納し、かつ、ポイン
トＰ₁₁とＰ₁₂は上下に位置するとして、それらのデータ
をメモリ(５２-1)と(５２-2)とで同じアドレスに格納
し、又、ポイントＰ₂₁'とＰ₂₂'のデータも、メモリ(５
２-1)と(５２-2)とで同じアドレスに格納すれば、３次
元表示に好都合である。尚、これらの等深層メモリに記
憶したデータの表示法については以下の実施例にて詳し
く述べることとする。

【００２０】この第２発明においても、請求項１２ない
し１４に記したように、第１発明と同様、信号レベルや
深度情報に応じて水底や水中物体を色別表示や濃淡表示
で表示することができる。

【００２１】請求項１６に係わる水中探知装置は、自船
を中心として広範囲を探査する装置において、水中の送
受波器を頂点とする円錐状の領域を探査する送受波手段
を備え、前記送受波手段により捕捉された受信信号に基
づきその深度情報に応じて色別に表示して上記平面画が
作成される。

【００２２】

【実施例】図１７は、本第１発明に係わる装置の一実施
例を示した制御ブロック図である。１は、超音波の送波
および受波を行う送受波器であり、図１８に送受波１お
よびその旋回機構部２を示している。この図１８におい
て、送受波器１は、平面図の図１９に示すように、方形
状をなし、複数の振動子１Ａがアレイ状に並べられてい
る。送受波器１は、減速ギアＧを介しモータＭにより、
旋回可能となっている。尚、この送受波器１において
は、各振動子１Ａの受波信号に対して、隣接する振動子
間で一定の遅延量または移相量を与えることで、特定方
向よりエコー信号に対して、各振動子１Ａの受波信号の
位相が揃う結果、その特定方向に受波ビームが形成され
る。従って、前記遅延量を連続的に変えることで、送受
波器１の直下方向を通り、かつ、送受波器１の振動子配
列方向に拡がる扇形状の領域に対して受波ビームを走査
することができる。

【００２３】２ａは、前記モータＭを駆動するための送
受波器駆動部である。３は、送受波器１の各振動子１Ａ
に対して超音波送信用の駆動信号を供給する送信部であ
り、広範囲の指向性を得ることのできる駆動信号を供給
する。４は、送受波器１で受波された信号を増幅・検波
すると共に、前述したように受波ビームを走査させるた
めに、各振動子１Ａよりの各検波信号に所定の遅延量を
与える受信部である。５は、送信部３を制御すると共
に、前述した受信部での制御を司る送受信系制御部であ
る。

【００２４】６は、受信部４より得られる受波信号をア
ナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器であり、そ
の変換されたデジタル信号はバッファメモリ７に格納さ
れる。８は、極座標系のデータＤ(ｒ，θ)を直交座標系
のデータＤ(Ｘ，Ｙ)に変換するための座標変換部であ
り、変換されたデータは、２次元配列の垂直断面画メモ
リ９および垂直断面画ビデオメモリ９ａに格納される。
これらのＡ／Ｄ変換部６、バッファメモリ７および座標
変換部８は、前記の送受波系制御部５よりのクロックに
同期して動作する。

【００２５】１０は、サンプリング回路であり、前記垂
直断面画メモリ９に１垂直断面分のデータが格納される
と、その垂直断面画メモリ９から深度方向に１ラインづ
つデータを読み出し、各１ライン毎にデータのピーク値
(海底よりのエコー)を検出する。１１は、サンプリング
回路１０によるピーク値検出時の深度アドレスを記憶す
る海底データメモリである。

【００２６】１２は、表示系制御部であり、操作部１３
より設定入力された表示用の各種データに基づき、前記
送受信系制御部５に対し、旋回範囲や深度等の設定デー
タを、サンプリング回路１０に対してはサンプリングの
範囲(深度)をそれぞれ供給し、更に、海底データメモリ
１１より受けた深度データをＰＰＩ画描画部１４へ供給
し、そして、文字・記号描画部１５に対しては後記の表
示器１９で表示する文字や記号に対する信号を送出す
る。又、この表示系制御部１２内には、前記設定データ
を記憶するメモリ１２ａを備える。１６は、ＰＰＩ描画
部１４で作成されたＰＰＩ画の表示データを記憶するＰ
ＰＩ画ビデオメモリであり、１７は、文字・記号描画部
で作成された文字および記号画のデータを記憶する文字
・記号画ビデオメモリである。

【００２７】１８は、ビデオ信号変換部であり、各ビデ
オメモリ９ａ，１６，１７よりのビデオデータを深度別
の色データ又は濃淡データに変換する。２０は、各ビデ
オメモリ９ａ，１６，１７およびビデオ信号変換部１８
に対してクロックを供給するビデオクロック部である。

【００２８】上記構成になる装置の動作を、図２０のフ
ローチャートに従って詳述する。まず、初期設定とし
て、ステップＳ１にて、操作部１３により、探索する深
度範囲のＬ₁ないしＬ₂、送受波器１のステップ旋回角等
を設定する。ここで、海底を検出するのであれば、図２
１に示すように、Ｌ₂としては、おおよわかっている海
底Ｚの深度Ｌ₀より大き目の値Ｌ₂を用いる。次のステッ
プＳ３では、送受波器１より広範囲にわたって超音波が
送波される。ステップＳ４では、図２１に示したよう
に、自船Ｑの直下方向を通る扇形状領域に対して受波ビ
ームが走査されることで、この扇形状領域におけるエコ
ーが受波される。かかる走査により次々と受波される検
出データＤは、座標変換部８にて、極座標系(ｒ,θ)か
ら直交座標系(Ｘ,Ｙ)に変換されつつ、垂直断面画メモ
リ９および垂直断面画ビデオメモリ９ａに格納される。
この垂直断面画メモリ９に１垂直断面分のデータが格納
されると、ステップＳ５からステップＳ６に進む。

【００２９】図２２は、２次元配列の垂直断面画メモリ
９のメモリ内容を示している。ステップＳ６では、サン
プリング回路１０によって、メモリ９におけるアドレス
１から順に深度方向(図中縦方向)に１ラインづつデータ
が読み出され、そしてステップＳ７で各ラインにおける
エコーピーク値の検出タイミングから深度が検出され
る。アドレス１ないし１０までは、ピーク値として海底
Ｚのみが検出されるが、アドレス１１に至ると、魚群の
エコーデータＤ₂も検出されるが、海底Ｚよりのエコー
の方がレベルが強いため、ピーク値として海底Ｚよりの
エコーが検出される。ステップＳ８では、そのようにし
て検出された海底深度が海底データメモリ１１に記憶さ
れる。

【００３０】垂直断面画メモリ９から全ラインのデータ
が読み出されればステップＳ９からステップＳ１０に進
み、１垂直断面画における海底が深度別に、色(又は濃
淡)表示とした描画手法でもって表示器１９に表示され
る。今回、図１０の領域Ｓ₁を検出したのであれば、こ
の領域Ｓ₁における深度が、図１０と同じように細長い
扇形状に表示器１９に表示される。

【００３１】このようにして１垂直断面画に対する海底
が表示されると、次にステップＳ２に戻り、送受波器１
が所定のステップ角だけ旋回されることで、図１０で示
した領域Ｓ₂に対して上述と同じ動作が行われ、この動
作が繰替えされることで、表示器１９に図１１に示した
ように、自船Ｑから広範囲の海底を眺めた時のような海
底ＺのＰＰＩ画が完成する。

【００３２】但しこの表示では海底Ｚのみしか表示され
ず、魚群の存在を知ることはできない。そこで、垂直断
面画ビデオメモリ９ａからビデオ信号変換部１８へ直接
供給される、１垂直断面画による画像Ｆを、図１４のご
とく、ＰＰＩ表示Ｅに併記表示すれば、海底Ｚと魚群Ｇ
との位置関係を把握できる。尚、この１垂直断面画Ｆ中
の魚群Ｇは、カラーバーＨ’で示す色別でもってそのエ
コーレベルが表示される。又、この１垂直断面画Ｆは、
所望方向の方位であってもよく、あるいは最後に検出し
た最新のデータであってもよい。

【００３３】上記実施例では、ステップＳ１にて深度Ｌ
₂として海底深度Ｌ₀より深い値とすることにより、海底
を検出してその深度を表示したが、Ｌ₂として、図２１
で示したＬ₂'のように、海底深度Ｌ₀より浅い値とすれ
ば、図２２におけるメモリ読み出しの際に、Ｌ₁−Ｌ₂'
までのデータのみが読み出されるため、検出エコーのピ
ーク値として水中の魚群よりのエコーのみが検出され、
よって、海底データメモリ１１には、魚群の深度データ
が記憶され、よって、表示器１９には、ＰＰＩ画とし
て、図１３に示したように、魚群Ｇが深度別に色(又は
濃淡)表示される。尚、海底データメモリ１１にピーク
検出時のエコーレベルを記憶するようにして、魚群Ｇ
を、エコーレベルの強弱に応じて色(又は濃淡)表示して
もよい。

【００３４】又、この図１３では魚群Ｇだけしか表示さ
れないため、海底との位置関係がわからない。そこで、
この場合にも、図１３の表示に、図１４で示したような
１垂直断面画Ｆを併記すれば、魚群と海底との位置関係
を知ることができる。

【００３５】図１７の装置にて魚群のみを表示するに
は、海底深度Ｌ₀を予め知る必要があったが、魚群と海
底とを自動的に識別し、それ故、海底のみ、魚群のみ、
および(海底＋魚群)の表示を可能にした装置の制御ブロ
ック図を図２３に示している。この図２３では、上記の
海底データメモリ１１に替えて、データピーク値の深度
を記憶する海底データメモリ１１Ａおよび、水中におけ
るデータピーク値を記憶する水中データメモリ１１Ｂの
二つを備えている。

【００３６】この図２３の装置において、海底のみを表
示する場合は図２０のフローを実行すれば良く、ここで
は魚群のみを表示する制御動作を図２４、図２５のフロ
ーチャートに従って説明する。初期設定として、ステッ
プＳ２１にて、操作部１３により、探索する深度範囲Ｌ
₁ないしＬ₂、送受波器１のステップ旋回角等の情報を入
力する。ステップＳ２２では海底深度Ｌ₀が認識済か否
かが判定され、未認識の時はステップＳ２３にて海底深
度が検出されるがその詳細を図２５のフローに示してい
る。

【００３７】図２５において、ステップＳ４１にて送波
が行われ、ステップＳ４２にて受波された１垂直断面分
のデータが垂直断面画メモリ９に格納されれば、ステッ
プＳ４３からステップＳ４４に進み、深度範囲Ｌ₁ない
しＬ₂に従ってメモリ９から読み出され、深度方向の各
ライン毎にデータピーク値の深度が検出され、ステップ
Ｓ４６で海底データメモリ１１Ａに記憶される。このよ
うにして全ラインのデータ読み出しが終了すれば、ステ
ップＳ４７からステップＳ４８に進み、自船Ｑ直下の海
底深度Ｌ₀が認識される。次のステップＳ４９では、深
度Ｌ₂として、Ｌ₂＝Ｌ₀−α＝Ｌ₂'が採用される。ここ
でαは、図２１に示したように、両側で深度方向に拡が
った海底Ｚが読み出されないように設定した値であり、
このように、両側で深度方向に拡がっているのは、受波
ビームの角度が一定であっても、海底への入射角が浅く
なる両側部では、受波ビームの拡がりにより、真の深度
より上にもエコーが出るためである。

【００３８】ステップＳ４９からは、図２４のステップ
Ｓ２８に進む。ここでは、再び垂直断面画メモリ９から
１ラインづつ深度方向に読み出されるが、その際の深度
範囲が、Ｌ₁ないしＬ₂'であるため、海底Ｚのエコーデ
ータを除くようにして水中物体よりのエコーデータが読
み出され、ステップＳ２９にてそのデータピーク値が水
中データメモリ１１Ｂに記憶される。

【００３９】このようにして全ラインに対してデータ読
み出しが終了すればステップＳ３１からステップＳ３２
に進み、１垂直断面画に含まれる魚群のエコーレベル
が、色別又は単色による濃淡の描画手法を用いて、表示
器１９にＰＰＩ描画され、その後はステップＳ２４に戻
り、送受波器１がステップ角だけ旋回され、次の１垂直
断面画に対して上述と同じ動作が実行され、このように
してＰＰＩ描画が完成する。

【００４０】尚、魚群をエコーレベルでもって表示する
場合には、魚群の深度が不明なため、その場合には、図
１４で示したような、魚群を横切る方位の１垂直断面画
Ｆを併記すればよい。又、水中データメモリ１１Ｂにデ
ータピーク値の深度を記憶すれば、魚群をその深度情報
でもって表示できる。

【００４１】次に海底および魚群を同時に表示する時の
制御動作を図２６のフローチャートに従って説明する。
初期設定として、ステップＳ５１にて、操作部１３によ
り、探索する深度範囲Ｌ₁ないしＬ₂、送受波器１のステ
ップ旋回角等の情報を入力する。次のステップ５３にて
送波が行われ、ステップＳ５４にて受波された１垂直断
面分のデータが垂直断面画メモリ９に格納されれば、ス
テップＳ５５からステップＳ５６に進み、深度範囲Ｌ₁
ないしＬ₂に従ってメモリ９から読み出され、深度方向
の各ライン毎にデータピーク値の深度が検出され、ステ
ップＳ５８で海底データメモリ１１Ａに記憶される。

【００４２】このようにして全ラインのデータ読み出し
が終了すれば、ステップＳ５９からステップＳ６０に進
み、この海底データメモリ１１Ａのデータに基づき表示
器１９に１垂直断面画に含まれる海底がその深度情報で
もってＰＰＩ描画され、そしてステップＳ６１では、こ
の海底データから自船Ｑ直下の海底深度Ｌ₀が認識され
る。次のステップＳ６２では、深度Ｌ２として、Ｌ₂＝
Ｌ₀−α＝Ｌ₂'が採用される。次のステップＳ６３で
は、再び垂直断面画メモリ９から１ラインづつ深度方向
に読み出されるが、その際の深度範囲が、Ｌ₁ないしＬ₂
(＝Ｌ₀−α)であるため、水中物体よりのエコーデータ
のみが読み出され、ステップＳ６５にてそのピーク値が
水中データメモリ１１Ｂに記憶される。

【００４３】このようにして全ラインに対してデータ読
み出しが終了すればステップＳ６６からステップＳ６７
に進み、表示器１９に描画された１垂直断面画に対する
海底のＰＰＩ画に対して上から塗り潰すようにして、魚
群のエコーレベルの情報が優先して表示される。その後
はステップＳ６８からステップＳ５２に戻り、送受波器
１がステップ角だけ旋回され、次の１垂直断面に対して
上述と同じ動作が実行され、全ＰＰＵ描画が完成するま
でこの動作が繰り返えされる。

【００４４】ここで、魚群および海底の表示を両者で明
確に区別できるよう、例えば、魚群をそのエコーレベル
に応じて色別で表示し、海底を、その深度に応じて白−
灰−黒の濃度変化で表示するとよい。

【００４５】図２７は、本第２発明に係わる装置の制御
ブロックの１実施例を示している。３０は、本装置を総
括的に制御する制御部である。３１は、図１に示したタ
イプの送受波器であり、３２ａ，３２ｂ，…３２ｎは、
縦方向の振動子列を示し、これらが円環状に配列されて
いる。３３は、制御部３０から供給されるトリガ信号Ｔ
に応答して、個々の振動子に対して超音波送信用の駆動
信号を与える送信部である。３４ａないし３４ｎは、各
振動子列３２を構成する個々の振動子よりの受信信号に
所定の遅延量または移相量を与えて位相を揃えること
で、所望のチルト角度をなす受波ビームを形成する垂直
位相合成回路である。

【００４６】これらの各垂直位相合成回路３４により、
所望のチルト角にて各々法線方向に向かう受波ビームが
形成されるが、これらのｎ本の受波ビームから所望方位
の受波ビームに合成すべく、各所望方位毎に位相合成を
行う対象となる、連続するｍ組みの垂直位相合成回路３
４よりの信号を順次選択するのが切り替え回路３５であ
る。３６は、切り替え回路３５で選択されたｍ個の受信
信号の位相を揃えることで所望方位でかつ所望チルト角
をなす受波ビームを形成する水平位相合成回路である。

【００４７】３７は、距離クロックカウンタであり、受
波ビームが旋回する毎に制御部３０より出力される旋回
終了信号Ｓを受ける毎にカウントアップし、そのカウン
ト値Ｒを出力するが、前述のトリガ信号Ｔをリセツト信
号の入力によりそのカウント値がリセットされる。この
カウント値Ｒは、探知地点までの距離に比例する。３８
は、チルト角設定データ発生部であり、図１６に関して
述べたように、前記カウント値Ｒに対して、受波ビーム
先端(探知地点)が所望深度となるよう、当該受波ビーム
のチルト角θのデータを発生するチルト角設定データ発
生部である。３９は、位相補正信号発生部であり、前記
チルト角設定データθに基づいて各垂直位相合成回路３
４に対して所定の遅延量を与える。

【００４８】４０は、水平位相合成回路３６で得られる
受波ビームの信号を検波する検波回路であり、４１は、
その検波信号が規定値より大きいか否かの判定によって
１または０を出力するコンパレータである。このコンパ
レータ４１の出力は、図２８の深度切り替えスイッチ５
１へ送給される。

【００４９】図２８において、切り替えスイッチ５１
は、Ｎ組みのスイッチからなり、各スイッチには、等深
度層メモリ５２-1ないし５２-Nが接続される。５３は、
各等深度層メモリ５２に対するデータ書き込み回路であ
る。図２７の距離カウンタ３７よりの出力される、探知
地点迄の距離を表すＲと、チルト角設定データ発生部３
８より出力されるチルト角θとにより、現在の探知地点
での深度ＤがＤ＝Ｒｓｉｎθによりわかるが、深度セレ
クト５４は、この深度Ｄに基づき、対応する深度の等深
度層メモリ５２の一つが選択されるよう、切り替えスッ
チ５１を駆動する。５５は、前記の距離信号Ｒから、探
知地点までの水平距離ＬをＬ＝Ｒｃｏｓθ／ｒ₀により
求める水平距離算出部である。ここでｒ₀は、水平距離
Ｌを所望の値に規格化するためのものである。この水平
距離Ｌおよび図２８の制御部３０から出力される方位信
号φは、等深度層メモリ５２への書き込みアドレスとし
て与えられる。

【００５０】５６は、等深度層メモリ５２から等深度毎
にデータを読み出すデータ読み出し回路であり、最大深
度の等深度層メモリ５２-Nから順にデータを読み出すよ
う、切り替えスイッチ５７を駆動する深度セレクト５８
と、選択された各等深度層メモリ５２に対して方位φ及
び水平距離Ｌの読み出しアドレスを発生する読み出しア
ドレス回路５９とを備える。６０は、等深度層メモリ５
２から読み出されたデータを深度別の色データに変換
し、表示器６１に供給するビデオ信号変換部である。

【００５１】ここでチルト角設定データ発生部３８で発
生するチルト角θについて述べる。図１６に示した、Ｐ
₁₁(チルト角θ₁)→Ｐ₁₂(θ₂)→Ｐ₂₁(θ₁)→Ｐ₂₂(θ₂)の
ごとく探査する場合、チルト角設定データ発生部３８の
出力を図２９に示している。この図２９では、受波ビー
ムＢをｎ回旋回する間に、チルト角θが、θ₁、θ₂、…
θnと段階状にステップアップして探査ポイントが深度
方向に移動する(この一連の探査を１垂直探査サイクル
という)。以降の各垂直探査サイクルにおいても、これ
と同じ動作が繰返される。

【００５２】一方、Ｐ₁₁(チルト角θ₁)→Ｐ₁₂(θ₂)→Ｐ
₂₁'(θ₁')→Ｐ₂₂'(θ₂')のごとく探査する本発明では、
図３０に示したように、各垂直探査サイクル毎に、ステ
ップアップするチルト角θのデータが出力されるもの
の、各垂直探査サイクルで探査ポイントが等深度となる
ように、１垂直探査サイクル経過毎に、ステップアップ
量が次第に小さくなっている。

【００５３】このように出力されるチルト角θにより、
図１６に示した同一深度の探査ポイントＰ₁₁、Ｐ₂₁'…
における探査データＤ₁₁、Ｄ₂₁'…は、等深度層メモリ
５２-1に格納され、又、１層下の同一深度の探査ポイン
トＰ₁₂、Ｐ₂₂'…における探査データＤ₁₂、Ｄ₂₂'…は、
等深度層メモリ５２-2に格納され、かつ、探査ポイント
Ｐ₁₁とＰ₁₂とは上下方向で同一地点としてそれぞれ共通
のアドレス(即ち、水平距離Ｌおよび方位φ)に格納され
る、又、探査ポイントＰ₂₁'とＰ₂₂'とに対して同じであ
る。

【００５４】従って、このようにして等深度層メモリ５
２に格納された探査データを、切り替えスイッチ５７に
より、等深度層メモリ５２-Nから順に読み出して、その
深度別に色表示すれは、図１１で示したような海底深度
図が表示され、又、途中の等深度層メモリ５２-Xに魚群
のデータが格納されていたならば、図１１の海底表示に
対して魚群が重ね表示される。その際の魚群の表示は、
そのエコーレベルまたは深度に応じた色別または濃淡表
示とすることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、第１発明は、アレ
イ型の送受波器を所定の角度だけ順次旋回する毎に、自
船の下方を通り扇形状の垂直断面領域を探査することに
より自船を中心とした広範囲の領域を探査し、このよう
に３次元の領域を検出し、その検出データを平面画にし
て表示するようにしたので、自船を中心とした広範囲の
水底の深度を一目で認識することができる。第１発明に
おける探査情報に対して、水中データと水底データとを
検出データから区別して読み出すようにすれば、一つの
表示器に、水底深度と、魚群等の水中物体とを同時にＰ
ＰＩ表示することができる。第２発明では、円筒体状の
送受波器を用い、受波ビームを旋回する毎にチルト角を
増大して垂直方向に探査する際、各垂直方向の探査で等
深度となるようにチルト角をそれぞれ設定するようにし
たので、等深度層メモリに深度別に海底および水中デー
タを格納でき、このデータに基づき、第１発明と同様、
水底深度を表示したり、一つの表示器に、水底深度と、
魚群等の水中物体とを同時に表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本第３発明に用いられる円筒状の送受波器の
外観図

【図２】 図１の送受波器の縦方向の各振動子列で形成
される受波ビームを示した図

【図３】 図１の送受波器で探査される円錐体表面の領
域を示した図

【図４】 図３の探査における垂直断面を示した図

【図５】 図３の探査における海底の探査領域を示した
図

【図６】 広いビーム幅の受波ビームを用いた場合に水
中物体を分離または識別できなくなることを示した図

【図７】 送受波器による垂直断面の探査領域を示した
図

【図８】 従来の平面表示と断面表示とを同時に表示す
る例を示した表示図

【図９】 本第１発明に用いたリニアアレイ型の送受波
器による探査領域を示した図

【図１０】 図９で用いた送受波器を旋回した時の探査
領域を示した図

【図１１】 本第１発明の装置で得られる海底の表示例
を示した表示図

【図１２】 図９の探査方法の変形例を示し図

【図１３】 本第１発明の装置で得られる魚群の表示例
を示した表示図

【図１４】 海底および魚群のＰＰＩ表示に加えて１垂
直断面画を併記した表示例

【図１５】 本第２発明における受波ビームの走査を示
した図

【図１６】 図１５の受波ビーム走査でなされる探査領
域の垂直断面を示した図

【図１７】 本第１発明の水中探知装置の１実施例を示
した制御ブロック図

【図１８】 図１７の装置に用いられる送受波器とその
駆動部を示した図

【図１９】 図１８の送受波器における平面図

【図２０】 図１７の装置の制御動作を示したフローチ
ャート

【図２１】 図１７の送受波器による１走査で探査され
る水中の様子を示した図

【図２２】 図１７の垂直断面画メモリに記憶されたデ
ータの読み出しを示した図

【図２３】 本第１発明の水中探知装置の第２実施例を
示した制御ブロック図

【図２４】 図２３の装置にて魚群のみをＰＰＩ表示す
る時の制御動作を示したフローチャート

【図２５】 図２４のフローチャートにおける海底深度
検出の詳細を示したフローチャート

【図２６】 図２３の装置にて海底および魚群をＰＰＩ
表示する時の制御動作を示したフローチャート

【図２７】 本第２発明の水中探知装置の１実施例を示
した制御ブロック図

【図２８】 本第２発明の水中探知装置の１実施例を示
した制御ブロック図

【図２９】 図２７，図２８の装置にて図１６に示した
Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₂₁…を探査する場合のチルト設定角を示
した図

【図３０】 図２７，図２８の装置にて図１６に示した
Ｐ₁₁、Ｐ₁₂'、Ｐ₂₁'…を探査する場合のチルト設定角を
示した図

【符号の説明】 １ 送受波器 ２ 送受波器旋回機構部 ２ａ 送受波既駆動部 ３ 送信部 ４ 受信部 ５ 送受信系制御部 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ バッファメモリ ８ 座標変換部 ９ 垂直断面画メモリ ９ａ 垂直断面画ビデオメモリ １０ サンプリング回路 １１ 海底データメモリ １１Ａ 海底データメモリ １１Ｂ 水中データメモリ １２ 表示系制御部 １３ 走査部 １４ ＰＰＩ画描画部 １５ 文字・記号描画部 １６ ＰＰＩ画ビデオメモリ １７ 文字・記号画ビデオメモリ １８ ビデオメモリ信号変換部 １９ 表示器 ２０ ビデオクロック部 ３２ 振動子列 ３３ 送信部 ３４ 垂直位相合成回路 ３５ 切り替え回路 ３６ 水平位相合成回路 ３７ 距離カウンタ ３８ チルト角設定データ発生部 ３９ 位相補正信号発生部 ４０ 検波回路 ４１ コンパレータ ５１ 切り替えスイッチ ５２ 等深度層メモリ ５３ データ書き込み回路 ５４ 深度セレクト ５５ 水平距離演算部 ５６ データ読み出し回路 ５７ 切り替えスイッチ ５８ 深度セレクト ５９ アドレス回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 源次 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気 株式会社内 (72)発明者 藤本 博康 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気 株式会社内 (72)発明者 冨永 義樹 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気 株式会社内 (72)発明者 林 辰男 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 平４−104079（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−285883（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172944（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−59028（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−288851（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−33074（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−26876（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−22913（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平２−22711（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭59−28380（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自船下方の広範囲領域に対してビームを
   送波し、受波時には、狭ビームを１方向にスキャンする
   ことにより、自船下方に扇形状に拡がる受波ビームを形
   成する送受波器と、 前記送受波器の送受波面を水底方向に向けたまま、所定
   のステップ角で間欠的に送受波器を旋回させる送受波器
   駆動部と、 前記ステップ角で旋回させる毎に前記送受波器で捕捉さ
   れた各水中断面の信号に基づき上記平面画を作成する平
   面画作成手段とを備えたことを特徴とする水中探知装
   置。
2. 【請求項２】 送受波器が捕捉した信号に含まれる水中
   物体と水底とのデータを互いに識別する手段を備えるこ
   とで、水底のみ表示する、水中物体のみ表示する、もし
   くは水中物体を表示すると共に、その背景部に水底を表
   示する請求項１記載の水中探知装置。
3. 【請求項３】 捕捉した信号に基づき、水底のみ、もし
   くは水中物体のみを、その信号レベルに応じて色別もし
   くは濃淡表示する請求項２記載の水中探知装置。
4. 【請求項４】 捕捉した信号に基づき、水底のみ、もし
   くは水中物体のみを、その信号に含まれる深度情報に応
   じて色別もしくは濃淡表示する請求項２記載の水中探知
   装置。
5. 【請求項５】 捕捉した信号に基づき、水底および水中
   物体を表示する際、水中物体は、その信号レベルに応じ
   て色別表示し、水底はその信号に含まれる深度情報に応
   じ、別色の色にて濃淡表示する請求項２記載の水中探知
   装置。
6. 【請求項６】 水底と水中物体との位置関係を知るため
   に、上記平面画の表示に、任意方向の１垂直断面画を併
   記した請求項１ないし５のいずれかに記載の水中探知装
   置。
7. 【請求項７】 上記送受波器が移動物体に装備される請
   求項１ないし６のいずれかに記載の水中探知装置。
8. 【請求項８】 自船を中心とした広範囲の領域を探査し
   て表示器に平面画として表示するようにした水中探知装
   置であって、 複数個の振動子がアレイ状に配列された送受波器(１)
   と、 前記送受波器(１)の向きを変えるよう、送受波器(１)を
   旋回させる送受波器旋回機構部(２)と、 前記送受波器(１)により送信された超音波信号に対する
   受波信号に所定の遅延量または移相量を与えることで、
   自船の下方を通る扇形状の垂直断面に対して受波ビーム
   を形成する受信部(４)と、 前記受波ビームにより得られる受信信号のデータを、自
   船よりの水平方向および深度をアドレスとして格納する
   垂直断面画メモリ(９)と、 前記垂直断面画メモリ(９)から、深度方向に沿って１ラ
   インづつデータを読み出した時の各ラインでのデータピ
   ーク値の読み出しタイミングから海底深度を検出するサ
   ンプリング回路(１０)と、 検出された海底深度を記憶する海底データメモリ(１１)
   と、 前記海底データメモリ(１１)から読み出した海底深度に
   基づき、表示器(１９)に部分ＰＰＩ画として海底を表示
   するＰＰＩ画描画部(１４)と、 を備え、上記送受波器(１)を旋回する毎に部分ＰＰＩ画
   を描画することで、ＰＰＩ画を完成することを特徴とす
   る水中探知装置。
9. 【請求項９】 上記垂直断面画メモリ(９)からのデータ
   読み出しに際し、読み出し深度範囲を指定することで、
   海底以外の水中物体のデータをサンプリングして、海底
   データメモリ(１１)に記憶する請求項８記載の水中探知
   装置。
10. 【請求項１０】 自船を中心とした広範囲の領域を探査
    して平面画として表示器に表示するようにした水中探知
    装置であって、 複数個の振動子がアレイ状に配列された送受波器(１)
    と、 前記送受波器(１)の向きを変えるよう、送受波器(１)を
    旋回させる送受波器旋回機構部(２)と、 前記送受波器(１)により送信された超音波信号に対する
    受波信号に所定の遅延量または移相量を与えることで、
    自船の下方を通る扇形状の垂直断面に対して受波ビーム
    を形成する受信部(４)と、 前記受波ビームにより得られる受信信号のデータを、自
    船よりの水平方向および深度をアドレスとして格納する
    垂直断面画メモリ(９)と、 前記垂直断面画メモリ(９)から、深度方向に沿って１ラ
    インづつデータを読み出した時の各ラインでのデータピ
    ーク値の読み出しタイミングから海底深度を検出するサ
    ンプリング回路(１０)と、 検出された海底深度を記憶する海底データメモリ(１１
    Ａ)と、 該海底データメモリ(１１Ａ)に記憶された海底深度に基
    づき、該海底を読み出さないよう、サンプリング回路
    (１０)によって上記垂直断面画メモリ(９)から再度、読
    み出すことにより得た水中物体の深度又はピーク値を記
    憶する水中データメモリ(１１Ｂ)と、 水中データメモリ(１１Ｂ)から読み出した水中データの
    深度又はピーク値に基づき、表示器(１９)に部分ＰＰＩ
    画として水中物体を表示すると共に、水中物体の表示域
    以外の背景に対しては、海底データメモリ(１１Ａ)から
    読み出した海底深度に基づき、部分ＰＰＩ画として海底
    を表示する、ＰＰＩ画描画部(１４)と、 を備え、上記送受波器(１)を旋回する毎に部分ＰＰＩ画
    を描画することで、ＰＰＩ画を完成することを特徴とす
    る水中探知装置。
11. 【請求項１１】 自船を中心とした広範囲の領域に対す
    る探査結果を表示器に平面画として表示器に表示するよ
    うにした水中探知装置であって、 全方位に超音波を送波し、そのエコーを所望のチルト角
    θにして全方位に旋回する受波ビームを形成する送受波
    器(Ｙ₁)と、 深度方向に探査すべく、受波ビームを１旋回する毎に、
    チルト角をθ₁、θ₂、θ₃、…θ_nと順次増大させ、これ
    を繰り返すことで水中を三次元的に探査するに際し、初
    回のチルト角(θ₁、θ₂、θ₃、…θ_n)に対して、２回目
    以降の各チルト角θにおいて、同一方位φでは同一深度
    が探査されるよう、(θ₁’、θ₂’、θ₃’、…θ_n’)、
    (θ₁”、θ₂”、θ₃”、…θ_n”)、…のチルト角のデー
    タを発生するチルト角設定データ発生部(Ｙ₂)とを備
    え、 これにより得られる深度別のデータに従って上記平面画
    を作成することを特徴とする水中探知装置。
12. 【請求項１２】 深度範囲を指定することにより、水底
    のみ、もしくは水中物体のみを、その信号レベルに応じ
    て色別もしくは濃淡表示する請求項１１記載の水中探知
    装置。
13. 【請求項１３】 深度範囲を指定することにより、水底
    のみ、もしくは水中物体のみを、その信号に含まれる深
    度情報に応じて色別もしくは濃淡表示する請求項１１記
    載の水中探知装置。
14. 【請求項１４】 深度範囲を指定することにより、水中
    物体を、その信号レベルに応じて色別表示し、該表示領
    域以外の背景部に対して、別色の色にて水底を深度別に
    濃淡表示する請求項記載１１の水中探知装置。
15. 【請求項１５】 複数個の振動子を円環状に並べた円環
    振動子を、複数段積層してなる円筒体状の送受波器と、 縦方向の振動子ブロックにおける各振動子よりの受波信
    号に対して所定の遅延量もしくは移相量を与えること
    で、所望のチルト角θをなす受波ビームを形成する垂直
    位相合成回路(３４)と、 各垂直位相合成回路(３４)よりの受波ビームの信号か
    ら、所望方位の受波ビーム形成に必要となるものを選出
    する切り替え回路(３５)と、 切り替え回路(３５)よりの信号に対して所定の遅延量も
    しくは移相量を与えることで、所望方位φでかつ前記チ
    ルト角θをなす受波ビームを形成する水平位相合成回路
    (３６)とを具備し、受波ビームを１旋回する毎に、チル
    ト角を順次増大することにより、水中を３次元的に探査
    する水中探知装置であって、 初回のチルト角(θ₁、θ₂、θ₃、…θ_n)に対して、２回
    目以降の各チルト角θにおいて、同一方位φでは同一深
    度が探査されるよう、(θ₁’、θ₂’、θ₃’、…
    θ_n’)、(θ₁”、θ₂”、θ₃”、…θ_n”)、…のチルト
    角のデータを発生するチルト角設定データ発生部(３８)
    と、 これにより、上記水平位相合成回路(３６)から得られる
    受信信号を、等深度別に記憶する等深度層メモリ(５２)
    と、 を備え、等深度層メモリ(５２)に記憶されたデータに基
    づき、平面画を作成することを特徴とする水中探知装
    置。
16. 【請求項１６】 自船を中心とした広範囲の領域を探査
    して表示器に平面画として表示するようにした水中探知
    装置であって、 送受波器を用いて超音波信号を送受波し、水中の送受波
    器を頂点とする円錐状の領域を探査する送受波手段と、 前記送受波手段により捕捉された受信信号に基づきその
    深度情報に応じて色別に表示して上記平面画を作成する
    ことを特徴とする水中探知装置。