JP3576890B2 - Sonar device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はソーナー装置、特に水中等への送信直後の残響抑圧回路を有するソーナー装置に関する。
【0002】
水中等の目標物に音波を送信し、例えば魚群等の目標物からの反射波を受信することにより目標物の有無、位置、大きさ等を検出するソーナー装置は、広く普及している。また、送信直後における水中での残響抑圧手段を有するソーナー装置も周知であり、例えば特開平4−116488号公報の「アクティブソーナー装置」に開示されている。斯かる従来技術のブロック図を図6に示す。
【0003】
図6のソーナー装置は、送信回路1、送受波器3、増幅回路5、残響抑圧回路7および整相回路9より構成される。また、この残響抑圧回路7は、乗算回路71、フィルタ回路72、A/D(アナログーデジタル)変換器73、検波回路74、時分割切替回路75、3個の時分割積分回路76a、76b、76c(以下総称して76とする)、3個のメモリ回路77a、77b、77c(以下総称して77とする)、タイミングパルス発生回路78、時系列切替回路79、乗算レベル換算回路80およびD/A(デジタルーアナログ)変換器81を含んでいる。
【0004】
斯かる構成要素を含むソーナー装置において、送信回路1より出力された送信信号2は、送受波器3に入力され、ここで音波に変換されて、水中に送信される。その後、目標物により反射された音波は、送受波器3で受信される。ここで電気信号である送受信号4に変換される。そして、増幅回路5により増幅され、増幅出力信号6として残響抑圧(TVG:time variable gain)回路7へ出力される。
【0005】
この残響抑圧回路7は、上述した増幅出力信号6をフィルタ回路72で帯域制限する。そして、タイミングパルス発生回路78の出力タイミング信号に従ってA/D変換回路73でデジタルデータに変換される。その後、検波回路74において検波され、時分割切替回路75においてタイミングパルス発生回路78の出力タイミング信号に従って、単位時間毎に切替えられながら時分割積分回路76に出力される。そして、単位時間毎に積分されメモリ回路77に記憶される。
【0006】
時間単位毎に積分され記憶された時分割残響レベルは、時系列切替回路79によりタイミングパルス発生回路78の出力タイミング信号に従って経過時間毎に切替えられて出力される。そして、乗算レベル換算回路80により各々のレベルに対応した換算抑圧レベルに変換される。変換された換算抑圧レベルは、D/A変換回路81によりアナログデータに変換される。そして、乗算回路71において増幅信号出力6と乗算され、残響抑圧された乗算回路出力信号8として整相回路9へ出力される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のソーナー装置は幾つかの課題を有する。第1に、継続してソーナー装置により探知を行っている状態の途中で送信レベルを減じた場合には、抑圧量が大きすぎ受信信号処理においてS/N(信号対ノイズ比)が劣化する。また逆に、送信レベルを増加させた場合には残響レベルに対して抑圧量が小さくなり受信処理時に受信信号が飽和する。その理由は、ソーナー装置が送信信号を送信した場合には、図7に示す如く、送波レベルの大小によって発生する残響レベルが大きく異なることが知られている。図6に示す従来のソーナー装置では、残響抑圧回路7が前回までの送信直後から残響特性の積分結果をメモリ回路77に記憶している。そのため、図8に示す如く受信信号レベルが急に小さくなった場合には、積分結果との間の追従遅れから抑圧レベルに大きな差を生じ図9に示す如き過度の抑圧を生じる結果となってしまうためである。
【0008】
第2に、図10に示す如く、送信直後の残響抑圧を必要とする領域で目標物からのエコーが受信信号に混在してしまった場合には、図6の従来装置では、目標物エコー自身が抑圧すべき信号レベルと誤認され、図11に示す如き残響抑圧処理結果となり、受信処理に悪影響を与える。その理由は、図6に示す従来装置では、受信信号を時分割積分回路76において積分し、時間経過毎にメモリ回路77に記憶し、この記憶された残響レベルを用いて受信信号に対して残響抑圧を行う構成である。目標物が近距離で同一位置にとどまっている場合には、積分処理の結果目標物のエコー自身が抑圧レベルとして出力されてしまうことになる。その結果、出力される抑圧量が目的の残響に対してではなく目標エコーに対して処理されてしまい、目標エコーの信号レベルを下げて受信処理を困難にするためである。
【0009】
第3に、従来装置の場合には、回路規模が比較的大きくなり、小型化が困難であり且つ高価になる。その理由は、時間毎に切替えて受信信号を記憶する構成であり、時分割積分回路76およびメモリ回路77を時分割する切替時間毎に持つ必要があるためである。
【0010】
【発明の目的】
従って、本発明の目的は、上述した従来のソーナー装置の残響抑圧処理における上述の如き種々の問題点を克服又は改善するソーナー装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明によるソーナー装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【0016】
(1)水中等への音波送信後の残響を含む音波の受信信号を計測し、送信直後の残響レベルを計測して単位時間当たりの平均値を出力する平均値算出回路と、
前記平均値をA/D変換してデジタルデータを出力するA/D変換回路と、
前記デジタルデータと等しい送信直後の残響レベルにより開始アドレスを決定し予め記憶している抑圧特性を残響抑圧信号として読出す抑圧特性メモリ回路と、
前記残響抑圧信号により入力信号を制御する乗算回路とを備えるソーナー装置。
【0017】
(2)送信直後から一定時間後までの抑圧量について時間をアドレスとした残響抑圧特性を予めメモリに記憶しておき、送信直後の受信信号中の残響レベルから抑圧レベルの開始位置を決定し、この開始位置に対応するアドレスから前記メモリから残響抑圧特性を読み出して残響を抑圧することを特徴とするソーナー装置。
【0018】
(3)前記記憶する残響抑圧特性は、最大送信レベルを送信した場合に予想される最大レベルの残響レベル値から、送信後十分時間が経過した時点での残響レベル値までとした上記(2)のソーナー装置。
【0019】
(4)前記抑圧レベルの開始アドレスを決定する送信直後の受信信号中の残響レベルは、前記残響レベルの平均値である上記(2)のソーナー装置。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるソーナー装置の好適実施形態例の構成および動作を詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明によるソーナー装置の好適実施形態例のブロック図を示す。尚、図6の構成要素と対応する構成要素には、便宜上同様の参照符号を使用するものとする。このソーナー装置は、送信回路1、送受波器3、増幅回路5、残響抑圧回路7および整相回路9より構成される。また、残響抑圧回路7は、乗算回路71、フィルタ回路72、検波回路74、A/D 変換回路73、タイミングパルス発生回路78およびD/A変換器81を含む点で図6のソーナー装置と同じである。しかし、本発明のソーナー装置の残響抑圧回路7は、平均値算出回路91、抑圧特性メモリ回路92およびカウンタ回路93を含んでいる。
【0022】
図1のソーナー装置について説明する。送信回路1より出力された送信信号2は、送受波器3に入力される。この送受波器3で音波に変換されて水中にされた後、目標物により反射された送信信号2は、送受波器3で受信される。そして、電気信号である受信信号4に変換され、増幅回路5により増幅される。増幅回路5からの増幅出力信号6は、残響抑圧(TVG)回路7へ出力される。
【0023】
次に、残響抑圧回路7は、タイミングパルス発生回路78の送信タイミング信号に従い、上述した増幅出力信号6をフィルタ回路72で帯域制限し、フィルタ出力信号を検波回路74に出力する。この検波回路74は、検波して検波出力信号を出力する。この検波出力信号は、平均値算出回路91に入力され、送信直後の残響レベルの平均値を算出する。この平均値算出回路91からの平均値出力は、A/D変換回路73にてデジタル変換され、A/D変換後信号として出力される。
【0024】
A/D変換された デジタルデータのA/D変換後信号は、その値を抑圧特性メモリ回路(ROM、読出専用メモリ)92において開始アドレスとして設定される。そして、送信タイミング信号により起動されるカウンタ回路93の発生するタイミング信号のタイミング毎に対応する抑圧特性データを出力する。この抑圧特性データは、D/A変換回路81に入力されアナログのD/A変換後出力信号として出力される。
【0025】
D/A変換回路81からのアナログのD/A変換後出力信号は、乗算回路71に入力される。そして、乗算回路71は、上述した増幅回路5からの増幅信号出力6とこのD/A変換後信号を乗算し、残響抑圧された乗算回路出力8として整相回路9へ出力される。
【0026】
次に、図2乃至図5を参照して、図1の本発明によるソーナー装置の動作を説明する。図2は、本発明で使用する抑圧特性メモリ(図1の92)の残響抑圧特性の一例を示す。図3は、抑圧特性の出力概念図を示す。図4は、本発明における送波レベル変更時の残響抑圧処理結果を示す。また、図5は、本発明における目標物からのエコー混在時の残響抑圧処理結果を示す。
【0027】
図1のソーナー装置の残響抑圧回路7は、入力信号をフィルタ回路72による帯域制限および検波回路74による検波後に平均値算出回路91により平均値を求める。更に、A/D変換回路73によりデジタルデータに変換される。このデジタルデータで表現された送信直後の残響レベルは、抑圧特性メモリ回路92に記憶された残響抑圧特性開始アドレスとして変換されセットされる。
【0028】
この抑圧特性メモリ回路92には、図2に示す如き高レベルから低レベル(即ち、送信直後から一定時間後までの抑圧量)までの残響抑圧特性が記憶されている。記憶する残響特性は、最大送信レベルを送信した場合に予想される最大レベルの残響レベル値から、送信後十分時間が経過した時点での残響レベル値までである。
【0029】
図3に示す如く、抑圧特性メモリ回路92に対して抑圧量に対応した開始アドレスを設定する。タイミングパルスを加えることにより、開始点以降の残響抑圧量を順次送出することができる。従って、送信直後の受信信号中の残響レベルから抑圧レベルの開始位置を決定することができれば、残響状況に適した抑圧量で残響抑圧処理を行うことが可能になる。そこで、図4に示す如く、送信レベルの変更があった場合にも、これに追従し、最適な残響抑圧処理を実施することが可能になる。
【0030】
また、残響受信中に目標物からの信号が存在した場合に、受信信号にエコーが含まれることになる。しかし、抑圧量をメモリに記憶された残響抑圧特性で抑圧量が決定するために、目標エコーが存在しても、図5に示す如く、何ら影響されずに残響抑圧処理を行うことが可能になる。
【0031】
即ち、図3から明らかな如く、平均値算出回路91にて算出された平均値出力から、抑圧特性メモリ回路92に記憶されている抑圧特性メモリの開始アドレスを決定する。この開始アドレスから開始することで抑圧レベルを決定する。送信直後の残響レベルから抑圧レベルを決定することにより、残響発生状況に合わせた抑圧量とすることができる。出力された抑圧レベルは、乗算回路71において増幅回路5からの増幅回路出力信号と乗算される。これにより、出力される信号レベルを制御して、残響による飽和等の不都合を軽減することができる。
【0032】
以上、本発明によるソーナー装置の好適実施形態例を詳述した。しかし、本発明は斯かる特定実施形態例のみに限定するべきではなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること当業者には容易に理解できよう。
【0033】
【発明の効果】
上述の説明から明らかな如く、本発明のソーナー装置によると、次の如き種々の顕著な効果を有する。先ず、受信中に送信出力を変更した場合でも、常に最適な残響抑圧を行うことができる。また、残響受信中に目標信号が存在した場合でも、抑圧処理に目標エコーが影響することなく処理可能である。更に、回路規模が小規模となるので,小型且つ安価なソーナー装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるソーナー装置の好適実施形態例の構成を示すブロック図である。
【図2】図1中の抑圧特性メモリ回路の残響抑圧特性図である。
【図3】抑圧特性メモリ回路の出力概念図である。
【図4】図1のソーナー装置における送信レベル変更時の残響抑圧処理結果を示す図である。
【図5】図1のソーナー装置における目標エコー混在時の残響抑圧処理結果を示す図である。
【図6】従来のソーナー装置の構成を示すブロック図である。
【図7】図6のソーナー装置の高送波レベルおよび低送波レベル時の残響減衰特性図である。
【図8】図6において高から低送波レベル変化時の残響抑圧レベルの追従遅れを示す図である。
【図9】図6において追従遅れがあった場合の残響抑圧処理結果を示す図である。
【図10】図6において目標物からのエコーと残響減衰特性を示す図である。
【図11】図6において目標物からのエコー混在時の残響抑圧処理結果を示す図である。
【符号の説明】
1 送信回路
3 送受波器
5 増幅回路
7 残響抑圧回路
71 乗算回路
72 フィルタ回路
73 A/D変換回路
74 検波回路
78 タイミングパルス発生回路
81 D/A変換回路
91 平均値算出回路
92 抑圧特性メモリ回路
93 カウンタ回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sonar device, and particularly to a sonar device having a reverberation suppression circuit immediately after transmission to underwater or the like.
[0002]
2. Description of the Related Art A sonar device that transmits a sound wave to a target such as underwater and receives a reflected wave from the target such as a school of fish to detect the presence, position, size, and the like of the target is widely used. In addition, a sonar device having a reverberation suppressing unit in water immediately after transmission is also well known, and is disclosed, for example, in "Active sonar device" in JP-A-4-116488. FIG. 6 shows a block diagram of such a conventional technique.
[0003]
The sonar device shown in FIG. 6 includes a
[0004]
In a sonar device including such components, a transmission signal 2 output from a
[0005]
The reverberation suppression circuit 7 limits the band of the amplified output signal 6 by the
[0006]
The time-division reverberation level integrated and stored for each time unit is switched by the time series switching circuit 79 for each elapsed time according to the output timing signal of the timing
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional sonar device described above has several problems. First, if the transmission level is reduced during the state where the detection is continuously performed by the sonar device, the suppression amount is too large, and the S / N (signal-to-noise ratio) deteriorates in the reception signal processing. Conversely, when the transmission level is increased, the amount of suppression is smaller than the reverberation level, and the received signal is saturated during reception processing. It is known that, when the sonar device transmits a transmission signal, the reverberation level generated greatly differs depending on the level of the transmission level as shown in FIG. In the conventional sonar device shown in FIG. 6, the reverberation suppression circuit 7 stores the integration result of the reverberation characteristics in the memory circuit 77 immediately after the previous transmission. Therefore, when the received signal level suddenly decreases as shown in FIG. 8, a large difference occurs in the suppression level due to a delay in following the integration result, resulting in excessive suppression as shown in FIG. This is because
[0008]
Second, as shown in FIG. 10, when an echo from a target is mixed in a received signal in a region where reverberation suppression is required immediately after transmission, the target device echo itself is used in the conventional apparatus of FIG. Is erroneously recognized as a signal level to be suppressed, resulting in a reverberation suppression processing result as shown in FIG. 11, which adversely affects the reception processing. The reason is that, in the conventional device shown in FIG. 6, the received signal is integrated in the time-division integrator circuit 76 and stored in the memory circuit 77 every time lapse, and the reverberation level is used for the received signal using the stored reverberation level. This is a configuration for performing suppression. If the target remains at the same position at a short distance, the echo of the target itself is output as the suppression level as a result of the integration processing. As a result, the output suppression amount is processed not for the target reverberation but for the target echo, and the signal level of the target echo is reduced to make the reception processing difficult.
[0009]
Third, in the case of the conventional device, the circuit scale is relatively large, and miniaturization is difficult and expensive. The reason is that the reception signal is stored by switching every time, and it is necessary to have the time division integration circuit 76 and the memory circuit 77 for every switching time for time division.
[0010]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a sonar device that overcomes or improves the above-described various problems in the above-described reverberation suppression process of the conventional sonar device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the sonar device according to the present invention employs the following characteristic configuration.
[0016]
( 1 ) an average value calculation circuit that measures a received signal of a sound wave including reverberation after transmitting the sound wave to underwater, measures a reverberation level immediately after transmission, and outputs an average value per unit time;
An A / D conversion circuit for A / D converting the average value and outputting digital data;
A suppression characteristic memory circuit for determining a start address based on a reverberation level immediately after transmission equal to the digital data and reading out a previously stored suppression characteristic as a reverberation suppression signal;
A multiplication circuit for controlling an input signal by the reverberation suppression signal.
[0017]
( 2 ) A reverberation suppression characteristic using time as an address for a suppression amount from immediately after transmission to a certain time later is stored in a memory in advance, and a start position of the suppression level is determined from a reverberation level in a received signal immediately after transmission. A sonar device for reading reverberation suppression characteristics from the memory from an address corresponding to the start position to suppress reverberation.
[0018]
(3) dereverberation characteristics the storage, from the maximum level reverberation level value of expected when transmitting the maximum transmission level was up to the reverberation level value when sufficient time after the transmission has passed above (2) Sonar equipment.
[0019]
( 4 ) The sonar apparatus according to ( 2 ), wherein the reverberation level in the received signal immediately after transmission for determining the start address of the suppression level is an average value of the reverberation levels.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the sonar device according to the present invention will be described in detail.
[0021]
FIG. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of a sonar device according to the invention. The same reference numerals are used for the components corresponding to the components in FIG. 6 for convenience. This sonar device includes a
[0022]
The sonar device of FIG. 1 will be described. The transmission signal 2 output from the
[0023]
Next, the reverberation suppression circuit 7 limits the band of the amplified output signal 6 by the
[0024]
The value of the A / D converted digital data signal after the A / D conversion is set as a start address in a suppression characteristic memory circuit (ROM, read only memory) 92. Then, it outputs suppression characteristic data corresponding to each timing of the timing signal generated by the
[0025]
The analog output signal after D / A conversion from the D /
[0026]
Next, the operation of the sonar device of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows an example of the reverberation suppression characteristics of the suppression characteristics memory (92 in FIG. 1) used in the present invention. FIG. 3 shows an output conceptual diagram of the suppression characteristic. FIG. 4 shows the result of the reverberation suppression processing when the transmission level is changed in the present invention. FIG. 5 shows the result of the reverberation suppression processing when echoes from a target are mixed in the present invention.
[0027]
The reverberation suppression circuit 7 of the sonar apparatus shown in FIG. 1 obtains an average value by the average
[0028]
The reverberation
[0029]
As shown in FIG. 3, a start address corresponding to the amount of suppression is set in the suppression
[0030]
When a signal from a target object exists during reverberation reception, an echo is included in the received signal. However, since the amount of suppression is determined by the reverberation suppression characteristics stored in the memory, even if the target echo exists, the reverberation suppression processing can be performed without any influence as shown in FIG. Become.
[0031]
That is, as apparent from FIG. 3, the start address of the suppression characteristic memory stored in the suppression
[0032]
The preferred embodiment of the sonar device according to the present invention has been described above in detail. However, the present invention should not be limited to only the specific embodiment example, and it can be easily understood by those skilled in the art that various modifications can be made according to specific applications.
[0033]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the sonar device of the present invention has various remarkable effects as follows. First, even if the transmission output is changed during reception, optimal reverberation suppression can always be performed. Further, even when a target signal exists during reverberation reception, processing can be performed without the target echo affecting the suppression processing. Furthermore, since the circuit scale is small, a small and inexpensive sonar device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a preferred embodiment of a sonar device according to the present invention.
2 is a reverberation suppression characteristic diagram of the suppression characteristic memory circuit in FIG. 1;
FIG. 3 is an output conceptual diagram of a suppression characteristic memory circuit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a result of a reverberation suppression process when the transmission level is changed in the sonar device of FIG. 1;
5 is a diagram illustrating a result of a reverberation suppression process when a target echo is mixed in the sonar device of FIG. 1;
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional sonar device.
7 is a graph showing reverberation attenuation characteristics of the sonar device of FIG. 6 at a high transmission level and a low transmission level.
FIG. 8 is a diagram showing a delay in following the reverberation suppression level when the transmission level changes from high to low in FIG. 6;
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of a reverberation suppression process when a tracking delay occurs in FIG. 6;
FIG. 10 is a diagram showing an echo from a target and a reverberation attenuation characteristic in FIG. 6;
FIG. 11 is a diagram illustrating a result of a reverberation suppression process when echoes from a target are mixed in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記平均値をA/D変換してデジタルデータを出力するA/D変換回路と、An A / D conversion circuit that A / D converts the average value and outputs digital data;
前記デジタルデータと等しい送信直後の残響レベルにより開始アドレスを決定し予め記憶している抑圧特性を残響抑圧信号として読出す抑圧特性メモリ回路と、A suppression characteristic memory circuit for determining a start address based on a reverberation level immediately after transmission equal to the digital data and reading out a previously stored suppression characteristic as a reverberation suppression signal;
前記残響抑圧信号により入力信号を制御する乗算回路とを備えることを特徴とするソーナー装置。A multiplication circuit for controlling an input signal by the reverberation suppression signal.
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