JP4179699B2 - 信号処理回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャニングソナーのごとき水中探知装置で検出したエコー信号を処理する回路に関し、特に不用な干渉波を除去できるようにした信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャニングソナーとは、図１に示すように、船１の底に取り付けた送受波器２より海底に向け、全方位方向に超音波を送波し、魚群等からのエコーを、前記送受波器２で形成した指向性の鋭い受波ビームＲを海面に対して一定の角度θ(チルト角という)で高速旋回することにより検出している。このとき、近い物体よりのエコーから順に検出されるため、図２の平面図に示すように船１を中心として渦巻き状に探査されることになり、図３の表示器に示すように、レーダーのような表示像が得られる。
【０００３】
図２にある魚群Ｘ１は図３において魚群像ｘ１のごとく表示される。しかし、このようなソナーを装備した船が一箇所に集中して操業するような場合、他のスキャニングソナーよりの超音波が自身の超音波と混合して干渉波Ｘ２が生じ、不用な像ｘ２として表示されてしまう。この不具合を避けるため従来は、スキャニングソナー間で互いに使用周波数をずらせて干渉波が生じないようにしたり、あるいは干渉波による像を相関処理によって除去している。この相関による従来の除去処理は以下の通りである。
【０００４】
図５の(Ｉa)は今回検出の受波信号を示し、魚群Ｘ１による受波信号Ｓ１と干渉波Ｘ２による受波信号Ｓ２が検出されている。この干渉波Ｘ２は定常的に生じるものではないので、次回検出の受波信号(Ｉb)では、同一の魚群Ｘ１による受波信号(レベルが変化するのでＳ１'とする)のみが検出され、干渉波Ｘ２による信号は検出されていない。そこで、図５の(Ｉa)と(Ｉb)とで、対応する時間(縦軸)でレベルの低い方を抽出すれば、(Ｏ)のように、魚群Ｘ１についてはレベルの低い方の受波信号Ｓ１'のみが取り出され、干渉波Ｘ２については、レベルの低い方の０の信号が取り出されるため干渉波Ｘ２はカットされ、図４に示されるように、魚群ｘ1のみが表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで表示に供される受波信号は、信号Ｓ１ではなく、レベルの低い方の信号Ｓ１ 'であり、このように常にレベルの低い方の受波信号で表示されるため、表示信号のＳ／Ｎ比が低くなるといった課題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、高いレベルの信号を表示できるようにした水中探知装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１にあるように、一定の周期で送波した超音波のエコーを表示するための信号処理回路において、過去複数回の送波によるエコーを記憶するメモリと、前記メモリに記憶のエコーと、今回検出のエコーとを座標軸上の対応する点間で相互に比較して、これらのエコーから所望のレベルを持つエコーを抽出する信号抽出手段とを備え、前記信号抽出手段は、今回検出したエコーとメモリから読み出した過去のエコーの値の中間もしくは最低のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて、前記メモリに記憶のエコーと、今回検出のエコーのうち最大レベルのエコーを表示に供することを特徴とする。
【０００８】
本発明は、請求項２にあるように、一定の周期で送波した超音波のエコーを表示するための信号処理回路において、過去複数回の送波によるエコーを記憶するメモリと、前記メモリに記憶の前回送波によるエコーと、今回検出のエコーとを座標軸上の対応する点間で相互に比較して、これらのエコーから所望のレベルを持つエコーを抽出する信号抽出手段とを備え、前記信号抽出手段は、最低のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて、前記メモリに記憶の前回送波によるエコーと、今回検出のエコーのうち最大レベルのエコーを表示に供することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図６は、本発明の第１態様における１実施形態を示した制御ブロック図である。メインプロセッサ１１は、この水中探知装置を集中的に制御する。制御器１２はメインプロセッサ１１よりの指令に基づき以下の各回路に所定の制御信号を供給する。１３は、周期Ｔの送信パルスを作成する送信パルス発振回路であり、ＣＴＬ信号により深度レンジの変更があると周期Ｔが変化する。１４は、前記送信パルスに超音波信号を変調して送信信号を作成する送信信号作成回路である。１５は多数の超音波振動子が円筒状に形成されてなる送受波器であり、１６は、その送受波器１５よりの受信信号を所定のレベルに増幅する受信回路である。１７は、個々の超音波振動子で得られた受信信号に遅延を与えることで受波ビームを形成すると共に、その受波ビームを周回させるビーム形成回路である。
【００１３】
１８は、信号をアナログからデジタルに変換するＡ/Ｄ変換器である。１９は、上述した干渉波を削除するために設けられた信号処理回路である。２０は、極座標系(ｒ、θ)の信号を直交座標(Ｘ、Ｙ)の信号に変換する座標変換回路である。２１は１フレーム分のビデオデータを記憶するビデオメモリであり、２２は、ビデオメモリ２１に記憶のビデオデータを表示するモニターである。
【００１４】
図７は、前記信号処理回路１９をＥＰＲＯＭで実現した回路の１実施形態を示す。図６のＡ／Ｄ変換器１８からの４ビットの信号(Ｉa)は、ＥＰＲＯＭ３１の入力アドレスＡ0〜Ａ3に入力されると共にフレームメモリ３２に供給される。このフレームメモリ３２は、新たにデータを取込むと、既に記憶していた信号(前回検出の信号Ｉb)が読み出されて入力アドレスＡ4〜Ａ7に入力され、又、別のフレームメモリ３３に供給される。このフレームメモリ３３では、既に記憶していた信号(前々回検出の信号Ｉc)が入力アドレスＡ8〜Ａ11に入力される。
【００１５】
アドレスカウンタ３４は、フレームメモリ３２および３３での読み込みアドレスをカウントする。フリップフロップ回路３５は、１送波毎に供給されるクロックパルスＣＰの入力により、アドレスカウンタ３４のアドレス値を０に設定するスタート信号をアドレスカウンタ３４に供給する。このアドレスカウンタ３４は、探査深度に応じて出力される探査打切り信号の入力でアドレスのカウントを停止する。
【００１６】
このようにして入力アドレスＡ0〜Ａ11にアドレスが指定されると、そのアドレスに記憶していてたデータが出力ポートＯ0〜Ｏ3から所望の信号Ｏとして出力される。
【００１７】
信号処理回路１９においては、
(1)処理機を行わずに検出した信号をそのまま出力するスルーモード
(2)今回検出した信号(Ｉａ)、前回検出の信号(Ｉｂ)、前々回検出の信号(Ｉｃ)の３つの信号から最低レベルの信号を採用するＭＩＮ処理モード
(3)前記３つの信号から中間レベルの信号を採用するＭＥＤＩＡＮ処理モード(図８)
(4)今回送波によるエコーと過去の送波によるエコーから中間もしくは最低のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて最大レベルのエコーを表示に供するＭＡＸモード(図９)
を選択して実行できるようにしている。
【００１８】
これらのモード選択は、ＥＰＲＯＭ２１の入力アドレスＡ12,Ａ13に２ビットの信号(00/01/10/11)を供給することで行う。次にこのＥＰＲＯＭ２１に記憶させた内部データについて説明する。
【００１９】
表１は▲１▼のスルーモードを実行するためのデータを示す。Ｉa(今回検出のデータ)、Ｉb(前回検出のデータ)、Ｉc(前々回検出のデータ)はいずれも４ビット(０〜１５の１６値)であるため、これらの３つのデータの採り得る個数は、(０，０，０)〜(１５，１５，１５)で１６×１６×１６＝４０９６通りとなる。これらの入力データを［0000 0000 0000］〜［1111 1111 1111］のごとく１２ビットのアドレスとし、これらの各アドレスに対してＩaと同じ値を記憶させておくと、今回検出のデータＩaと同じ値のデータが出力データＯとして出力される。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表２は▲２▼のＭＩＮ処理モードを実行するためのデータを示す。ここでは例えば、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレスは［1000 1110 0011］となり、そのアドレスに、最低レベルの‘３’(＝［0011］)を記録しておけば、Ｉa、Ｉb、Ｉcの中から最低レベルのデータ‘３’が出力データＯとして出力される。このように４０９６種の各入力データに対してそれぞれ最低レベルのデータを対応するアドレスに記憶させる。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表３は▲３▼のＭＥＤＩＡＮ処理モードを実行するためのデータを示す。ここで再び、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレスは［1000 1110 0011］となり、そのアドレスに、中間レベルの‘８’(＝［1000］)を記録しておけば、Ｉa、Ｉb、Ｉcの中から中間レベルのデータ‘８’が出力データＯとして出力される。このように４０９６種の各入力データに対してそれぞれ中間レベルのデータを対応するアドレスに記憶させる。
【００２４】
【表３】

【００２５】
表４は▲４▼のＭＡＸ処理モードを実行するためのデータを示す。ここで再び、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレスは［1000 1110 0011］となる。この場合、中間レベルは‘８’であり、その値が所定値(ここではしきい値を５を採用)を上回っているため、そのアドレスに、最大レベルの‘１４’(＝［1110］)が記録される。このようにして各アドレスにデータを記憶しておくことで、Ｉa、Ｉb、Ｉcの中から最大レベルのデータ‘１４’が出力データＯとして出力される。
【００２６】
一方、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれぞれ‘８’,‘４’,‘３’のとき、入力アドレスは［1000 0100 0011］となる。この場合、中間レベルは‘４’であるが所定値以下であるため、そのアドレスに、中間レベルの‘４’(＝［0100］)が記録されており、これにより中間レベルのデータ‘４’が出力データＯとして出力される。
【００２７】
【表４】

【００２８】
このような表１〜表４のデータを書き込んだＥＰＲＯＭを備え、それらのＥＰＲＯＭを使い分けることにより、上述した▲１▼〜▲４▼のモードを自在に選択できるが、本実施形態ではその選択手法を以下のようにして実現している。
表１〜表４では入力データの個数(アドレス)がそれぞれ４０９６通りであったが、表５のように、各アドレスに対して下２ビット(４通り)のデータＩdを付加することにより、入力アドレスを１４ビットの４０９６×４＝１６３８４通りとしている。そして下２ビットで指定した０(＝[00])、１(＝[01])、２(＝[10])、３(＝[11])に対応して表１〜表４の出力データＯをそれぞれ記憶させておく。
【００２９】
【表５】

【００３０】
一方、信号処理回路１９における各処理モード▲１▼〜▲４▼の機能をＣＰＵやＤＳＰで実現するには、以下のようなアルゴリズムに基づき処理される。
例えば▲３▼のＭＥＤＩＡＮ処理

ここで（Ｉｂ＜Ｉａ＜Ｉｃ）は、Ｉｂ＜Ｉａ＜Ｉｃの関係があるときに“１”を与え、それ以外では“０”を与える関数である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、過去複数回の送波によるエコーを記憶し、それらの記憶したエコーと今回検出のエコーとを時間軸で相互に比較し、最高レベル及び最低レベル以外のエコーを抽出して表示に用いるようにしたので、表示像のＳ／Ｎ比が改善され、又、不用波を除去できる。
又、前記抽出したレベルが所定値を上回とき、そのエコー信号に変えて最大レベルのエコー信号を表示に採用すれば、表示像のＳ／Ｎ比が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スキャニングソナーにおける受波ビームのスキャン方法を示した図
【図２】 図１の受波ビームで探査される状況を示した図
【図３】 スキャニングソナーにおける探査映像を示した図
【図４】 相関処理を用いたときの探査映像を示した図
【図５】 相関処理の動作を示した図
【図６】 本発明の１実施形態を示した制御ブロック図
【図７】 図６にある信号処理回路の詳細を示したブロック図
【図８】 図６の装置でＭＥＤＩＡＮ処理を選択したときの信号処理回路の動作を示した図
【図９】 図６の装置でＭＡＸ処理を選択したときの信号処理回路の動作を示した図
【符号の説明】
１１ メインプロセッサ
１２ 制御器
１３ 送信パルス発振回路
１４ 送信信号作成回路
１５ 送受波器
１６ 受信回路
１７ ビーム形成回路
１８ Ａ／Ｄ変換回路
１９ 信号処理回路
２０ 座標変換回路
２１ ビデオメモリ
２２ モニター
３１ ＥＰＲＯＭ
３２，３３ フレームメモリ

Claims (2)

1. 一定の周期で送波した超音波のエコーを表示するための信号処理回路において、
   過去複数回の送波によるエコーを記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶のエコーと、今回検出のエコーとを座標軸上の対応する点間で相互に比較して、これらのエコーから所望のレベルを持つエコーを抽出する信号抽出手段とを備え、
   前記信号抽出手段は、今回検出したエコーとメモリから読み出した過去のエコーの値の中間もしくは最低のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて、前記メモリに記憶のエコーと、今回検出のエコーのうち最大レベルのエコーを表示に供することを特徴とする信号処理回路。
2. 一定の周期で送波した超音波のエコーを表示するための信号処理回路において、
   過去複数回の送波によるエコーを記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶の前回送波によるエコーと、今回検出のエコーとを座標軸上の対応する点間で相互に比較して、これらのエコーから所望のレベルを持つエコーを抽出する信号抽出手段とを備え、
   前記信号抽出手段は、最低のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて、前記メモリに記憶の前回送波によるエコーと、今回検出のエコーのうち最大レベルのエコーを表示に供することを特徴とする信号処理回路。

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