JP4354736B2

JP4354736B2 - 超音波送受信装置

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Publication number: JP4354736B2
Application number: JP2003131986A
Authority: JP
Inventors: 靖西森; 哲奥西; 浩二徳田; 浩三徳山
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: WO2004099815A1; JP2004347319A; GB2418020A; GB0522759D0; US7460433B2; GB2418020B; US20060236770A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波の送受信によって水中を探知する超音波送受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばトロール漁法では、スキャニングソナーを用いて魚群を探索し、発見・追尾した後、捕獲するといった方法が効率的である。魚群の探索については、その魚群の大小によって異なるが、例えばイワシやニシンの魚群であれば、数百〜数千ｍ離れたところから探索可能である。魚群を発見すれば、魚群が自船の船首方向に位置するように回頭しつつ追尾を行い、その魚群に追いついて魚群の真上に乗り上げた後、自船の進行とともに魚群を自船後方のトロールネットに追い込んで捕獲する。その際、トロールネットの網口を如何にうまく魚群に導くかが肝要となる。
【０００３】
網口の位置や深さの制御は、操船や曳航速度によって行うことができる。しかし、そのためには網口の正確な位置や速度を把握しなければならない。従って、トロール漁法において網口の位置・深度をモニタリングする装置の性能が漁獲効率を左右すると言っても過言ではない。
【０００４】
従来、網口の位置・深度をモニタリングするために、網口にトランスポンダを取り付け、船底に取り付けた２個または３個の受波器によりトランスポンダの応答信号を受信し、それらの受信信号の位相差を求めてトランスポンダの方位すなわち網口の方位を知る方法があった。また、スキャニングソナーを用いて網の中位部に複数個のトランスポンダを備え、同一周波数を用いて魚群信号（エコー）と網位置信号とを重畳して表示する装置が特許文献１，特許文献２に示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平１−５３７５１号公報
【特許文献２】
実公平５−２８７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前者の位相差計測による方法では、トランスポンダからの直接波以外に、海面や海底で反射されるマルチパスルートによる信号が混信し、誤った方位を検出したり、安定した位置検出ができ難いという欠点があった。また、特許文献１，２に示されている装置では次のような解決すべき課題があった。
【０００７】
先ず、トランスポンダの検出に関して、特許文献２では、エコー信号を表示するためにトランスポンダ用の別の表示装置が必要となる。また、周波数検出のために、圧力センサ、ＶＦ変換回路などの特別なユニットが必要となる。更に、垂直に広いビームでトランスポンダを探知するため、高いＳＮ比が得られないという問題もあった。特許文献１ではエコー信号とトランスポンダの応答信号とが同一周波数であるため、両者の識別ができないという問題があった。また特許文献１，２の双方について、トランスポンダの応答信号の検出確率を上げる目的で受信周波数帯域を狭くすると、ドップラシフトの影響を受けやすくなる。すなわちＳＮ比とドップラシフト耐性がトレードオフの関係となってしまう。
【０００８】
トランスポンダの位置表示に関して、特許文献１ではトランスポンダの深度情報が把握しにくいという問題があった。
【０００９】
また、トランスポンダの起動に関して、特許文献１ではトランスポンダの起動用と探知用とを共用するため、両者を独立に最適化できない。例えばトランスポンダ起動用と探知用とで同一のティルト角で送受信する必要があった。また遠方になるほどトランスポンダに対する音圧が低下して、その起動が困難になるという問題があった。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、所定探知領域を探知するとともに、水中に投入したトランスポンダの位置を確実にモニタリングできるようにした超音波送受信装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナーと、水中に投入されたトランスポンダとを備え、
トランスポンダはソナーから送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、ソナーは、船舶の船底に一つだけ備え付けられたトランスデューサと、該トランスデューサに与える探知信号の送信ビームまたは起動信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、トランスデューサから得られる探知信号の反射によるエコー信号と応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、エコー信号と応答信号を画像表示する画像表示手段とを備えたことを特徴としている。また、この発明の超音波送受波装置の送信ビーム形成手段は、起動信号の送信ビームを、ペンシル型の送信ビームで形成する。
【００１２】
このようにトランスポンダはソナーから送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。
【００１３】
また、この発明は、前記起動信号を前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことを特徴としている。これにより探知信号による探知とは独立してトランスポンダを起動させることができ、探知処理とトランスポンダ起動とをそれぞれ最適化できる。
【００１４】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスポンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことを特徴としている。これにより魚群などの探知とトランスポンダの起動とを独立に行うことができる。
【００１５】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、トランスポンダへの起動信号の送信ビームを、ソナーからトランスポンダへの方位またはチルト角に応じて形成することを特徴としている。これにより、非常に遠方にあるトランスポンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスポンダの利用可能距離が大幅に延びる。
【００１６】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知信号の送信ビームの形成とトランスポンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、１回の送受信シーケンスで行うことを特徴としている。
【００１７】
これにより、送受信を繰り返すことにより更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスポンダの起動とを独立に処理することができる。
【００１８】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、水面に対して略垂直でトランスポンダの位置を含む垂直面内と、所定チルト角でトランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、受信ビーム形成手段が、垂直面内と所定チルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、画像表示手段が、垂直面内と所定チルト角の面内におけるエコー信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことを特徴としている。
これにより、トランスポンダの深度情報を容易に把握できるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図１〜図１３を参照して説明する。
図１はその超音波送受信装置をトロール漁法に適用した例を示している。ここで、船舶（トロール漁船）６の船底には、所定の送信ビームと受信ビームを形成して所定の探知範囲を探知するスキャニングソナーのトランスデューサ１を備えている。船舶６の後方にはトロールネット２をワープ４で曳航をしている。このトロールネット２の網口にトランスポンダ５を取り付けている。ワープ４とトロールネット２との係合部分にはオッターボード３を設けていて、トロールネット２の曳航速度によって網口の開口が制御できるようにしている。トランスポンダ５はこの２つのオッターボード３につける場合もある。
【００２０】
また、図１においてＴＢは傘状の送信ビームである。探知範囲は、この送信ビームＴＢと受信ビームとにより形成される。トランスポンダ５が探知信号またはトランスポンダ用の起動信号を受信すると、応答信号をワープ４に沿った方向すなわち船舶６方向に送信する。図中ＴＰＢはその応答信号の送信ビームを示している。超音波送受信装置はトランスデューサ１を介してこのトランスポンダ５からの応答信号を受信する。
【００２１】
上記傘状の探知範囲のうち船舶６の前方（船首方向）で魚群の探索・発見を行い、上記傘状の探知範囲のうち船舶６の後方（船尾方向）で追尾し、トロールネット２で捕獲する魚群を探知する。このとき、ワープ４のワープ長は例えば１ｋｍであり、トロールネット２の水深は例えば１００ｍ程度であるので、探知信号の送信ビームＴＢのチルト角は殆ど水平方向を向くことになる。
【００２２】
図２はソナーの表示画面における表示例である。ここで（Ａ）はその上半分に自船の船尾方向の探知画像、画面の下部に同方向を見たトランスポンダの位置を表示している。上半分の探知画像には岸壁、海底、海面反射などと共に魚群が表れている。下半分のトランスポンダの位置表示画像では、上半分の探知画像と異なりトランスポンダの位置のみが表示される。
【００２３】
なお、この例では船尾方向の１８０°ずつの範囲を表示したが、探知画像とトランスポンダの位置表示画像共に３６０°の表示が可能である。その場合には、探知画像にトランスポンダの位置表示を重畳させて表示する。この時、探知画像とトランスポンダの位置表示画像とで、信号強度に対する色変化のカーブを異ならせることによって、探知画像内でトランスポンダの位置が色調の異なった画像として表示される。このことにより、探知画像内のトランスポンダの位置を明確に把握できるようになる。
【００２４】
図２の（Ｂ）に示す例は、探知画像とトランスポンダの位置表示とを重畳表示した例である。図中、上方が船首方向である。この例では、左舷後方に白色のトランスポンダの位置表示画像ＴＰが表れている。船首方向には魚群の画像ＳＦ１が、また船尾のトランスポンダ付近に魚群の画像ＳＦ２がそれぞれ表れている。このような状況で、その後、画像ＳＦ１として表れている船首方向の魚群に追いついて、その魚群の真上を通過し、その魚群をトロールネットに追い込むように操船することになる。
【００２５】
図３は、所定チルト角の略水平面内の探知を行うＨモードと、垂直面内の探知を行うＶモードの両方を合わせて表示した例である。ここでＳＳは自船の位置を示している。Ｈモードの表示画面では図２の（Ｂ）で示したものと同様に船首方向の魚群ＳＦ１、船尾方向の魚群ＳＦ２、トランスポンダの位置表示画像ＴＰが表れている。Ｖモードの表示画面はＨモードの表示画面内における直線Ｌの垂直方向断面である。このＨモードの画像とＶモードの画像を併せて見ることによって、トランスポンダ（すなわちトロールネットの網口）と魚群との深度方向の位置関係も容易に把握できるようになる。
【００２６】
図４は、探知画像とトランスポンダの位置とを同一画面に分けて表示するようにした例である。ここで、画面左上はＨモードの探知画像、左下はＶモードの探知画像である。右下がＶモードでのトランスポンダの位置表示、その上はＨモードでのトランスポンダの位置表示である。直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はＨモードにおいて方位、Ｖモードにおいてティルト角をそれぞれ表している。Ｖモードの画面はＨモードにおける直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における垂直断面像である。
【００２７】
このように、魚群などの探知画像とトランスポンダの位置表示を併記表示すれば、トランスポンダの位置がより鮮明に表示されて両者の関係を容易に把握できるようになる。
【００２８】
図５はスキャニングソナーに用いるトランスデューサの構成図である。図５に示すように、トランスデューサ１は、複数段、複数列の超音波振動子アレイで構成している。このトランスデューサ１は、船舶の底部に円筒の軸が垂直になるように設置される。
【００２９】
図６は送信ビームについて説明する図である。同図の（Ａ）は、水平の全方位を探査する場合に形成される送信ビームの指向性を示している。（Ｂ）は、所定ティルト角の全方位を探査する場合に形成される送信ビームを示している。各振動子を駆動する際、トランスデューサ１の下の段ほど遅延時間を長くすることにより傘型の送信ビームを所定角度だけ下方向にティルトさせる。
【００３０】
図７は受信ビームについて説明する図である。受信ビームは、トランスデューサ１の円周方向の連続する複数列の振動子を組として用いる。所定数連続する複数列の振動子の受信信号を合成する際、（Ａ）に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて合成することにより、（Ｂ）に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ１の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、所謂ペンシル型の受信ビームを形成する。
（Ｃ）はその遅延時間を一定にした例であり、（Ｄ）に示すように、受信ビームは水平方向を向く。（Ｅ）は、下の段ほど遅延時間を長くした例であり、（Ｆ）に示すように、受信ビームは下方向にティルトする。
【００３１】
このように傘型の送信ビームを形成し、その送信ビーム内の所定方位をペンシル型の受信ビームで受信することにより、傘型の探知範囲について探知する。
【００３２】
図８は上記送信ビームと受信ビームによる探知範囲を示す図である。ここで、ＴＢは傘型の送信ビーム、ＲＢはペンシル型の受信ビームである。方位方向へはトランスデューサ１の列方向の振動子の数に応じた分解能で受信ビームＲＢを形成する。また、距離方向については、時間軸上のサンプリング周期に応じた分解能で、送信ビームＴＢ内の任意の区画Ｐについて探知画像データを順次生成する。
【００３３】
図８において、送信ビームを水平（θ＝９０°）方向またはそれより所定角度ティルトさせることにより、Ｈモードの探知を行う。
【００３４】
なお、図６に示した例では傘型の送信ビームを形成する例を示したが、後述するように、トランスポンダの起動信号を最適化する場合に、トランスポンダへペンシル型の送信ビームを形成する。その場合は、丁度図７に示した位相制御を送信時に適用する。すなわち、図７の（Ａ）に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて振動させることにより、（Ｂ）に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ１の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、ペンシル型の送信ビームを形成する。
【００３５】
以上に示した例では、円筒面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いたが、球面の全面またはその一部の面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いてもよい。
【００３６】
図９は、上記トランスデューサを用いて、Ｖモードの探知を行う例について示す図である。図９の（Ａ），（Ｂ）は、矢印で示す船首方位に対してベアリング角αをなす垂直面の探知範囲について示している。（Ａ）は円筒形のトランスデューサ１を用いた場合の例、（Ｂ）は球形のトランスデューサ１′を用いた例である。このように、Ｖモードの探知では、垂直面に沿って扇状に広がる範囲を探知する。
【００３７】
このように、図９に示した所定ベアリング角αをなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームを形成し、その扇形に沿って、ペンシル型の受信ビームのティルト角を順次高速に変化させることにより、すなわち受信ビームの走査を行うことによって、Ｖモードの探知行う。
【００３８】
図１０の（Ａ）は、スキャニングソナーの送受信チャンネルの構成を示すブロック図である。図１０において、プログラマブル送信ビームフォーマ２１は、各送受信チャンネルに対して送信制御データ（ＴＸデータ）を与える。インタフェース１１は、インタフェース２０を介して、プログラマブル送信ビームフォーマ２１から与えられた送信制御データに基づいてドライバ回路１２の各駆動素子をスイッチング制御する。これによりドライバ回路１２は、パルス幅変調された送信信号を出力する。ＴＸ増幅回路１３は、その送信信号を増幅し、送信整合回路１４および送受切替回路１５を介して振動子１０を駆動する。送受切替回路１５は、送信期間にＴＸ増幅回路１３の出力信号を振動子１０へ導き、受信期間に、振動子１０が出力した信号を、受信整合回路１６およびプリアンプ１７へ受信信号として導く。プリアンプ１７はこの受信信号を増幅し、バンドパスフィルタ１８は受信信号の周波数帯域以外のノイズ成分を除去する。Ａ／Ｄコンバータ１９は、その受信周波数帯域の信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、ディジタルデータ列に変換する。
【００３９】
上記の部分で送受信チャンネルｃｈ１を構成する。この送受信チャンネルを、ｃｈ２，ｃｈ３，・・・ｃｈＮで示すように、振動子１０の数だけ設けている。
【００４０】
プログラマブル送信ビームフォーマ２１は、Ｈモードの探知を行う場合、所定のチルト角で傘状の送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。また、Ｖモードの探知を行う場合、図９に示した所定ベアリング角αをなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。さらに、後述するように、トランスポンダの起動信号を最適化する場合、トランスポンダへ起動信号の送信ビームを形成するために、所定方位・所定チルト角のペンシル型送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。
【００４１】
図１０の（Ｂ）は、（Ａ）に示した複数の送受信チャンネルｃｈ１〜ｃｈＮを用いて受信ビームを形成するとともに、所定探知範囲の探知画像およびトランスポンダの位置表示を行うための受信信号処理部のブロック図である。ここで受信ビームフォーマ２２は、（Ａ）に示したインタフェ−ス２０から入力したＮチャンネル分の受信データを基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、所定の方位にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。フィルタ２３はその受信信号のうち、エコー探知送受信ビームによる受信信号Ｈ１を、２５ｋＨｚを中心周波数とするバンドパスフィルタのフィルタリング（デジタルフィルタ演算）によって抽出する。また、トランスポンダ探知用受信ビームによる受信信号Ｈ２を、２４ｋＨｚを中心周波数とするバンドパスフィルタのフィルタリングによって抽出する。エンベロープ検出回路２４は、この２つの受信信号Ｈ１，Ｈ２についてそれぞれ検波し、それぞれの信号強度を求める。画像処理部２５は、検出されたＨ１，Ｈ２の信号強度に応じて探知画像およびトランスポンダの位置を表示するための画像データを生成する。ディスプレイ操作部２６は、表示部とユーザインタフェ−スの入力操作部からなり、操作者の操作内容を制御部２７から読み取り、画像処理部２５より出力された信号を基に画像表示を行う。また、このディスプレイ操作部２６は、図１０に示した各部の制御を行う。例えば、Ｈモードで表示する際の探知範囲のティルト角θや、Ｖモードで表示する際の船首方位に対するベアリング角αの設定や表示モードの切り替えなどを行う。
【００４２】
図１１はトランスポンダの構成を示すブロック図である。ここで、振動子３０はソナーからの探知信号または起動信号を受信し、その応答信号を送信する。送受切り替え回路３６は、通常受信モードで待機していて、振動子３０による受信信号をプリアンプ３１へ与える。プリアンプ３１はこれを増幅し、バンドパスフィルタ３２はトランスポンダ起動用の周波数帯域（２５ｋＨｚ）を中心とする所定帯域の信号を通過させる。制御回路３３はバンドパスフィルタ３２の出力信号が所定の閾値を超えた時、パルス発生回路３４を起動する。パルス発生回路３４は応答信号である２４ｋＨｚのトーンバースト波を発生する。送信回路３５はこれを増幅し、送受切り替え回路３６を送信側に切り替えて振動子３０を駆動する。これにより応答信号を送信する。
【００４３】
図１２はスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキャニングソナーのトランスデューサからは２５ｋＨｚの探知信号ｆ１が送信される。トランスポンダはこれを受信することにより起動し、２４ｋＨｚの応答信号ｆ２を送信する。ターゲットは探知信号ｆ１を受動的に反射する。これによりスキャニングソナーのトランスデューサは、エコー信号ｆ１とトランスポンダの応答信号ｆ２とが空間的に重畳された信号を受信することになる。
【００４４】
図１３はスキャニングソナーの探知動作時のタイミングチャートを示すものである。図１３において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち１つの振動子へ与えられる駆動波形（送信信号）を代表して示している。この例では探知信号ｆ１（２５ｋＨｚ）を出力する。
【００４５】
「受信Ａ／Ｄデータ」は、図１０に示したＡ／Ｄコンバータ１９により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。
「ＲＸＢＭＦ出力」では、図１０に示したプログラマブル受信ビームフォーマ２２の処理によって、エコー探知およびトランスポンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。この例では、６４本のビームでエコー探知用兼トランスポンダ探知用の受信ビームを形成する。
【００４６】
「フィルタ出力」では、エコー探知用のモード（Ｈ１モード）のための２５ｋＨｚの周波数フィルタリングと、トランスポンダ探知用のモード（Ｈ２モード）のための２４ｋＨｚの周波数フィルタリングを行う。
【００４７】
「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図１０に示したエンベロープ検出部２４でエンベロープを検出し、画像処理部２５で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部２６に表示する。
【００４８】
以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを１つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。
【００４９】
次に、第２の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図１４〜図１６を参照して説明する。
以上に示した例では、探知信号をトランスポンダの起動信号に兼用した例を示したが、トランスポンダの起動信号を探知信号とは異なった周波数の信号とした例について次に説明する。
図１４はその場合のスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキャニングソナーのトランスデューサからは２５ｋＨｚの探知信号ｆ１と、２６ｋＨｚの起動信号ｆ４が送信される。トランスポンダはこれを受信することにより起動し、２７ｋＨｚの応答信号ｆ３を送信する。ターゲットは探知信号ｆ１を受動的に反射する。これによりスキャニングソナーのトランスデューサは、エコー信号ｆ１とトランスポンダの応答信号ｆ３とが空間的に重畳された信号を受信することになる。
【００５０】
図１５はこの場合の受信信号処理部の構成を示すブロック図である。各送受信チャンネルと送信ビームフォーマの構成は図１０の（Ａ）に示したものと同様である。但し、送信ビームフォーマはエコー探知用の送信ビームとは別にトランスポンダ起動用の送信ビームを形成する。
【００５１】
図１５において、受信ビームフォーマ２２は、エコー探知用の受信ビームを形成し、トランスポンダからの応答信号受信用の受信ビームを形成する。フィルタ２３はエコー探知用受信ビームによる受信信号Ｈ１に対して２５ｋＨｚを中心とする所定帯域を通過させ、またトランスポンダからの応答信号受信用受信ビームによる受信信号Ｈ２に対して２７ｋＨｚを中心とする所定帯域を通過させる。その他は図１０の（Ｂ）に示したものと同様である。
【００５２】
図１６はスキャニングソナーの探知動作時のタイミングチャートを示している。図１６において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち１つの振動子へ与えられる駆動波形（送信信号）を代表して示している。この例ではＨモードのための探知信号ｆ１（２５ｋＨｚ）を送信し、トランスポンダ起動用信号ｆ４（２６ｋＨｚ）を送信する。この２つの信号は送信ビーム形成期間中に相次いで送信する。
【００５３】
「受信Ａ／Ｄデータ」は、図１０に示したＡ／Ｄコンバータ１９により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。
「ＲＸＢＭＦ出力」では、図１０に示したプログラマブル受信ビームフォーマ２２の処理によって、エコー探知およびトランスポンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。プログラマブル受信ビームフォーマ２２の受信ビーム形成能力が１２８本の場合、エコー探知用のモード（Ｈ１モード）のためにビーム番号１〜６４の６４本のビームを割り当て、トランスポンダ探知用のモード（Ｈ２モード）についてビーム番号６５〜１２８の６４本のビームを割り当てる。
【００５４】
「フィルタ出力」では、第１の実施形態の場合と同様に、探知信号と応答信号にそれぞれ応じた周波数フィルタリングを行う。
【００５５】
「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図１０に示したエンベロープ検出部２４でエンベロープを検出し、画像処理部２５で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部２６に表示する。
【００５６】
以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを１つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。なお、探知信号ｆ１の送信タイミングと、トランスポンダ起動用信号ｆ４の送信タイミングとは同時ではないので、探知画像とトランスポンダの位置表示のための描画処理時には、その時間差分の補正を行う。
【００５７】
このように、トランスポンダの起動信号を探知信号の送信ビームを別に形成する場合、垂直方向にビームが広がる送信ビームで起動信号を送信すれば、トランスポンダの探知を容易に行うことができる。
【００５８】
なお、このようにトランスポンダ起動用の信号をエコー探知用の信号とは別に作成する方法によれば、例えばＦＭ，ＰＳＫ，ＦＳＫ等の変調波をトランスポンダ起動用信号として送信してもよい。そのことによってトランスポンダの起動信号とエコー探知信号との混信を更に抑制することができる。また、トランスポンダが、その応答信号としてＦＭ，ＰＳＫ，ＦＳＫ等の変調波を送信するようにしてもよい。そのことによってトランスポンダの応答信号とエコー信号との混信を更に抑制することができる。
【００５９】
上述の例では、送信ビーム形成期間中に２つの送信ビーム形成用の送信信号を時分割的に送信したが、これらを同時に送信してもよい。すなわち、探知信号ｆ１と起動信号ｆ４の合成信号を１つのバースト波として一度に送信するようにしてもよい。
【００６０】
また、上述の例では、Ｈモードでエコーの探知を行い、且つトランスポンダの起動を行うようにしたが、同様にしてＶモードでエコーの探知を行い、且つトランスポンダの起動を行うこともできる。さらに、ＨモードとＶモードでエコーの探知およびトランスポンダの起動を実質的に同時に行うこともできる。例えば、１つの送信ビーム形成期間で、Ｈモードでエコー探知およびトランスポンダ起動のための送信ビームを形成し、Ｖモードでエコー探知およびトランスポンダ起動のための送信ビームを形成する。そして受信ビーム形成期間で、Ｈモードでエコー探知およびトランスポンダの位置検出のための受信ビームを形成し、さらにＶモードでエコー探知およびトランスポンダの位置検出のための受信ビームを形成する。その結果、図３や図４に示したように、Ｈモードでの探知画像とトランスポンダの位置表示、およびＶモードでの探知画像とトランスポンダの位置表示を行うことができる。
【００６１】
次に、第３の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図１７を参照して説明する。
以上に述べた幾つかの例では、所定探知範囲（断面）内にトランスポンダが存在することにより、その探知範囲への送信ビームの形成によりトランスポンダが起動されるようにした。この第３の実施形態は、トランスポンダの位置を追尾してトランスポンダへの起動信号を最適化するものである。
【００６２】
図１７の（Ａ）はチルト角に関する処理である。まず、所定方位の垂直面内の探知画像データを生成し、トランスポンダの垂直方向の位置（トランスポンダからの応答信号のチルト角）を検知する。そして、起動信号の送信ビームのチルト角および受信ビームのチルト角を応答信号のチルト角に合わせる。図１７の（Ｂ）は方位に関する処理である。まず、所定の略水平面内の探知画像データを生成し、トランスポンダの水平面方向の位置（トランスポンダからの応答信号の方位）を検知する。そして、起動信号の送信ビームの方位および受信ビームの方位を応答信号の方位に合わせる。
【００６３】
図１０に示したプログラマブル送信ビームフォーマ２１は、トランスポンダへ起動信号の送信ビームが上記設定された方位とチルト角のペンシル型の送信ビームとなるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを各送受信チャンネルへ与える。また、受信ビームフォーマ２２は、各送受信チャンネルからの受信データを基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、トランスポンダの方向にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。
【００６４】
なお、この図７に示した例では、起動信号の送信ビームのチルト角と方位の両方をトランスポンダの方向へ向けるように制御したが、チルト角と方位の一方のみを制御するようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
この発明によれば、トランスポンダはソナーから送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。
【００６６】
また、この発明によれば、トランスポンダの起動信号を探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことにより、探知信号による探知とは独立してトランスポンダを起動させることができ、探知処理とトランスポンダ起動とをそれぞれ最適化できる。
【００６７】
また、この発明によれば、前記スキャニングソナーが探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスポンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことにより、魚群などの探知とトランスポンダの起動とを独立に行うことができる。
【００６８】
また、この発明によれば、送信ビーム形成手段が、トランスポンダへの起動信号の送信ビームを、ソナーからトランスポンダへの方位またはチルト角に応じて形成することにより、非常に遠方にあるトランスポンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスポンダの利用可能距離が大幅に延びる。
【００６９】
また、この発明によれば、探知範囲への探知信号の送信ビームの形成と、トランスポンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、１回の送受信シーケンスで行うことにより、送受信を繰り返して更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスポンダの起動とを独立に処理することができる。
【００７０】
また、この発明によれば、水面に対して略垂直で且つトランスポンダの位置を含む面内と、所定チルト角で且つトランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームおよび受信ビームを形成し、垂直面内と所定チルト角の面内におけるエコー信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことにより、トランスポンダの深度情報を容易に把握できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】船舶と探知範囲およびトランスポンダの位置の関係を示す図
【図２】Ｈモードにおける探知画像とトランスポンダの位置表示の例を示す図
【図３】ＨモードとＶモードにおける探知画像とトランスポンダの位置を併せて表示した例を示す図
【図４】Ｈモードの探知画像、Ｖモードにおける２方向の探知画像、ＨモードおよびＶモードにおけるトランスポンダの位置を併せて表示した例を示す図
【図５】トランスデューサの構成例を示す斜視図
【図６】送信ビームの形成を説明するための図
【図７】受信ビームの形成を説明するための図
【図８】送信ビーム、受信ビーム、および探知範囲の関係を示す図
【図９】Ｖモードでの探知時の探知範囲の例を示す図
【図１０】スキャニングソナーの送受信チャンネルおよび受信信号処理部の構成を示すブロック図
【図１１】トランスポンダの構成を示すブロック図
【図１２】スキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダおよびターゲットとの間での各種信号の関係を示す図
【図１３】スキャニングソナーにおけるタイミングチャート
【図１４】第２の実施形態に係るスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダおよびターゲットとの間での各種信号の関係を示す図
【図１５】受信信号処理部の構成を示すブロック図
【図１６】スキャニングソナーにおけるタイミングチャート
【図１７】第３の実施形態に係るスキャニングソナーにおけるフローチャート
【符号の説明】
１−トランスデューサ
２−トロールネット
３−オッターボード
４−ワープ
５−トランスポンダ
６−船舶（トロール船）
１０−振動子
３０−振動子
ｃｈ−送受信チャンネル
ＴＢ−探知信号の送信ビーム
ＴＰＢ−トランスポンダ応答信号の送信ビーム
Ｈ１−エコー探知用受信ビームによる受信信号
Ｈ２−トランスポンダ探知用受信ビームによる受信信号

Claims

船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナーと、水中に投入されたトランスポンダとを備え、
前記トランスポンダは前記ソナーから送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、
前記ソナーは、前記船舶の船底に一つだけ備え付けられたトランスデューサと、該トランスデューサに与える前記探知信号の送信ビームまたは前記起動信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、前記トランスデューサから得られる前記探知信号の反射によるエコー信号と前記応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、前記エコー信号と前記応答信号を画像表示する画像表示手段とを備えた超音波送受信装置。
前記送信ビーム形成手段は、前記起動信号の送信ビームを、ペンシル型の送信ビームで形成する請求項１に記載の超音波送受信装置。
前記起動信号は前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号である請求項２に記載の超音波送受信装置。
前記送信ビーム形成手段は、探知信号の送信ビームの形成と、前記起動信号の送信ビームの形成とを、１回の送受信シーケンスで行う請求項３に記載の超音波送受信装置。
前記送信ビーム形成手段は、水面に対して略垂直で前記トランスポンダの位置を含む垂直面内と、所定チルト角で前記トランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、前記受信ビーム形成手段は、前記垂直面内と前記所定チルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、前記画像表示手段は、前記垂直面内と前記所定チルト角の面内における前記エコー信号と前記応答信号の画像を併せて表示する手段を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の超音波送受信装置。