JP4475982B2 - 計量魚群探知機および魚体長計量方法 - Google Patents

Description

本発明は、スプリットビーム方式を用いた計量魚群探知機および魚体長計量方法に関する。

海中の資源量を調査するために、従来から音響手法を利用した計量魚群探知機が用いられている。この計量魚群探知機では、送受波器から送波された超音波の音圧レベルと、魚で反射して帰来するエコーの音圧レベルとの比、すなわち反射強度ＴＳ（Target Strength）を求め、得られた反射強度ＴＳから魚の体長を計算する。反射強度ＴＳと魚体長Ｌとの間には、次式の関係が成立することが知られている。
ＴＳ＝２０logＬ＋２０logＡ （１）
ここで、Ａは信号周波数と魚種により決まる係数である。

上記（１）式により魚体長Ｌを算出するためには、反射強度ＴＳの値を正確に測定する必要がある。しかしながら、送受波器の受信感度は方位によって異なり、音軸方向に対する感度が最大であって、この方向からずれるに従って受信感度は低下する。このため、体長が同一の魚であっても、その位置（方位）により送受波器での受信レベルが相違するので、反射強度ＴＳから求めた魚体長が異なった値となる。したがって、なんらかの方法によりエコーの到来する方位を検出し、方位に応じて反射強度ＴＳの値を補正する必要がある。そこで、この方位を検出するために、計量魚群探知機においては一般にスプリットビーム方式が広く採用されている。

図１０は、スプリットビーム式計量魚群探知機における方位検出原理を説明する図である。チャンネル１（ｃｈ１）とチャンネル２（ｃｈ２）の２つの送受波器が受信した信号の位相差をφ、エコーの到来角をθ、チャンネル１，２の中心間距離をｄとしたとき、これらの間には次式が成立する。
φ／ｋ＝ｄsinθ （２）
ここで、ｋは波数であって、ｋ＝２π／λ（λ：超音波の波長）である。
したがって、（２）式より
θ＝sin^−１ （φ／ｋｄ） （３）
よって、（３）式より、送受波器の中心間距離ｄが分かっておれば、受信信号の位相差φを測定することによって、エコーの到来角θ、すなわち方位を算出することができる。そして、この算出された到来角θに応じて、送受波器の指向特性が補正され、エコーから求めた反射強度ＴＳ₀は、正確な反射強度ＴＳに換算される。送受波器の指向特性をＤ(θ)としたとき、反射強度ＴＳは次式のように表される。
ＴＳ＝Ｄ(θ)²・ＴＳ₀ （４）
このようにして反射強度ＴＳを補正することにより、（１）式から魚体長Ｌを正確に求めることができる。

図７は、スプリットビーム方式を用いた従来の計量魚群探知機２００の電気ブロック図である。５０は、４つに分割されたチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４を有する送受波器であって、水中に超音波５１を送信するとともに、ターゲットである魚５３で反射して帰来する超音波のエコー５２を各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４に備わる振動子（図示省略）で受信する。６１〜６４は、それぞれ送受波器５０のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４に接続された送受信部であって、送受波器５０の各チャンネルの振動子へ送信信号を供給する送信回路と、各振動子で受信されたエコー信号に対して増幅等の処理を行う受信回路と、送信・受信の動作を切り換える送受信切換回路とを備えている。７０は演算処理部であって、送受信部６１〜６４に対して所定のタイミングで送信指令を与えるとともに、送受信部６１〜６４が受信したエコー信号を解析して魚体長Ｌを計算するなどの処理を行う。８０は液晶ディスプレイ等からなる表示部であって、演算処理部７０で算出された魚体長のデータや魚群の映像などを画面上に表示する。

図８は、上述した計量魚群探知機２００の動作を示したフローチャートである。ステップＳ１１においては、送受信部６１〜６４が演算処理部７０からの送信指令を受けて送受波器５０に送信信号を出力し、送受波器５０の振動子はこの信号により励振されて超音波５１を水中に送信する。このときの送信信号は、図９（ａ）または（ｂ）に示すような所定の時間幅ｔ１，ｔ２をもったパルス（バースト信号）である。このパルスは連続波（周波数が時間的に変化せず一定である波形）の正弦波信号からなり、正弦波信号の周波数は例えば３８ＫＨｚである。ステップＳ１２では、水中に送信された超音波５１がターゲット５３で反射して帰って来るエコー５２が送受波器５０で受信され、送受信部６１〜６４へ送られる。このときの受信信号の波形は、基本的に図９に示した送信信号と同じ波形となる。

ところで、単体魚からのエコーと、群れをなしている複数魚からのエコーとは、同一魚種の同一体長魚であっても信号のレベルが異なるので（複数魚からのエコーの方が当然レベルは高くなる）、魚体長を正確に計測するには、単体魚のエコー信号を複数魚のエコー信号から分離する必要がある。そこで、ステップＳ１３では、送受信部６１〜６４から出力される受信信号を演算処理部７０で解析することにより、単体分離処理が行われる。続くステップＳ１４では、送信信号の音圧レベルと受信信号（エコー）の音圧レベルとから反射強度ＴＳを計算する。ここでは、前述したスプリットビームの原理に基づいて、受信信号の位相差から得られるエコー到来角に応じて補正された反射強度ＴＳが算出される。この場合、送受波器５０のチャンネルは４分割となっているので、チャンネルの選択により船の進行方向に対して前後・左右方向からのエコーの到来角が測定される。

反射強度ＴＳが算出されると、ステップＳ１５において、前記（１）式に従ってターゲット５３の魚体長Ｌが計算される。次に、ステップＳ１６では、計算された魚体長Ｌのデータをグラフ表示するための表示データが演算処理部７０で生成される。このとき、受信したエコー信号に基づいて、魚群の映像を表示するための表示データも生成される。そして、ステップＳ１７では、生成された表示データを用いて、表示部８０に魚群の映像とともに魚体長Ｌをグラフで表示する。

以上述べたようなスプリットビーム方式の計量魚群探知機は、例えば下記の特許文献に記載されている。
特開平６−１６０５２２号公報 特開２０００−４６９４６号公報 特開２００２−８２１５５号公報

従来の計量魚群探知機２００にあっては、前述したように送信信号が連続波であるため、以下のような問題が生じる。
単体分離の精度を上げるためには、エコーの分解能を高くする必要があることから、送信信号として図９（ａ）のような時間幅ｔ１の短いパルスを用いることが要求される。しかるに、短パルスを用いた場合、送受信部６１〜６４でエコー信号を忠実に取り出すためには、受信帯域の広いフィルタが必要となるが、短パルスはパワーが小さいことから、受信帯域が広帯域化するとＳＮ比が大きく低下してしまい、深場からのエコーを正確に検出できなくなるので、探知距離を長くとることが困難となる。一方、図９（ｂ）のような長い時間幅ｔ２のパルスを用いた場合は、パワーが大きいので探知距離を長くとることができるが、その反面、パルス幅が長いためにエコーの分解能が低下し、単体魚の分離が困難となる。

このように、従来のものでは、短いパルスを用いて単体分離の精度を上げようとすると探知距離が伸びず、長いパルスを用いて探知距離を伸ばそうとすると単体分離の精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、その目的とするところは、単体分離の精度を高く維持しながら探知距離を伸ばすことが可能な計量魚群探知機を提供することにある。

本発明の計量魚群探知機は、スプリットビーム方式の計量魚群探知機であって、ＦＭ（周波数変調）信号からなる時間幅Ｔ１の送信信号を生成するＦＭ送信信号生成手段と、複数に分割されたチャンネルを有し、ＦＭ送信信号生成手段で生成された送信信号を受けて水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅Ｔ１よりも短い時間幅Ｔ２の受信信号を抽出する相関処理手段と、相関処理手段で抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、単体分離手段で検出された単体魚の受信信号の位相差から得られるエコー到来角に基づいて、補正された反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出する演算手段と、演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段とを備えている。

また、本発明の魚体長計量方法は、スプリットビーム方式の魚体長計量方法であって、ＦＭ信号からなる時間幅Ｔ１の送信信号を複数に分割されたチャンネルを有する送受波器へ与えて、当該送受波器から水中に超音波を送信するステップと、魚で反射して帰来する超音波のエコーを送受波器で受信するステップと、送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅Ｔ１よりも短い時間幅Ｔ２の受信信号を抽出するステップと、相関処理により抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出するステップと、単体魚の受信信号の位相差から得られるエコー到来角に基づいて、補正された反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するステップとを備えている。

本発明の特徴は、スプリットビーム方式の計量魚群探知機において、送信信号として周波数が時間的に変化するＦＭ信号を用い、受信時の相関処理によってエコーから所定の信号だけを取り出すようにしたことにある。このようにすることで、送信時には、送信信号の時間幅（パルス幅）を長くして探知距離を長くとることができるとともに、受信時には、短い時間幅（パルス幅）の受信信号が取り出せるので、パルス圧縮によりエコーの分解能が向上し、単体魚を精度良く分離することができる。

本発明において、相関処理手段は典型的にはマッチドフィルタから構成される。マッチドフィルタは、送受波器で受信された受信信号と基準信号との一致度を積和演算により算出し、その算出結果に基づいて時間幅Ｔ２の受信信号を抽出する。マッチドフィルタを用いると、積和演算によって信号のレベル情報だけでなく位相情報も取り込んで信号の検出を行うため、レベルのみに基づいて信号検出を行う場合に比べて、信号の検出精度を高めることができる。

また、単体魚を分離する手段としては、受信信号の振幅が一定以上で、かつピーク値付近の時間幅が一定範囲内にある場合に、当該受信信号が単体魚によるものであると判別する方法を採用することができる。これによると、振幅と時間幅の２つの条件から単体魚か否かを判別するので、単体魚を確実に検出することができ、単体分離の精度を向上させることができる。

また、本発明の好ましい実施形態においては、表示手段は、単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて魚群映像とともに画面上に表示する。従来の計量魚群探知機では、このようなマークが表示されなかったため、魚群のどの部分において単体分離をしたのか判断できなかった。例えば、密集した魚群内部において単体分離をすると、複数ターゲットを１個のターゲットとして計測するため、魚体長計測の誤差が大きくなる。この場合、単体分離されたターゲットを映像で確認することができれば、魚体長計測で得られたデータの信頼性を判断できるが、従来はそのような映像が画面に表示されないため、この判断が不可能であった。本発明では、単体魚のマークを魚の位置に対応させて魚群映像とともに表示することで、上記の問題を解決した。例えば、単体分離が容易な魚群周辺部に多数の単体魚マークが表示されている場合は、単体分離が正常に行われている証拠であり、魚体長データの信頼性は高いと判断できる。これに対して、本来単体分離ができないはずの魚群中心部に多数の単体魚マークが表示されている場合は、単体分離が正常に行われておらず、魚体長データの信頼性は低いと判断できる。

上記のように単体魚のマークを表示する場合、画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を設け、この選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示するようにしてもよい。これによると、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを容易に知ることができる。また、単体魚の大きさに応じて、表示態様の異なるマークを表示するようにしてもよい。この場合も、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを容易に知ることができる。さらに、画面に示される枠で指定された任意の範囲内に存在する魚の体長分布を表した魚体長グラフを表示するようにしてもよい。

本発明によれば、スプリットビーム方式の計量魚群探知機において、送信信号としてＦＭ信号を用い、受信時に相関処理を行うことで特定の信号を取り出すようにしたので、時間幅（パルス幅）の長い送信信号により探知距離を長くとることができるとともに、相関処理によるパルス圧縮により分解能を高くして単体分離を高精度に行うことができる。

図１は、本発明に係るスプリットビーム方式の計量魚群探知機１００の実施形態を示した電気ブロック図である。図において、１は、４つに分割されたチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４を有する送受波器であって、水中に超音波１１を送信するとともに、ターゲットである魚１３で反射して帰来する超音波のエコー１２を各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４に備わる振動子（図示省略）で受信する。送受波器１は、超音波１１の送信時には、全てのチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４の振動子から同相の超音波を送信し、エコー１２の受信時には、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２の組と、チャンネルＣＨ３，ＣＨ４の組、およびチャンネルＣＨ１，ＣＨ４の組と、チャンネルＣＨ２，ＣＨ３の組により、前後・左右方向からのエコーを受信する。２１〜２４は、それぞれ送受波器１のチャンネルＣＨ１〜ＣＨ４に接続された送受信部であって、送受波器１の各チャンネルの振動子へ送信信号を供給する送信回路と、各振動子で受信されたエコー信号に対して増幅等の処理を行う受信回路と、送信・受信の動作を切り換える送受信切換回路とを備えている。３は演算処理部であって、ＦＭ送信波形生成部４、相関処理部５、単体分離部６、データ演算部７および表示制御部８を含んでいる。

ＦＭ送信波形生成部４は、送信信号として用いるＦＭ（周波数変調）信号の波形を生成するブロックであって、送受信部２１〜２４とともに本発明におけるＦＭ送信信号生成手段を構成する。相関処理部５は、送受波器１で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、所定の受信信号を抽出するブロックであって、本発明における相関処理手段を構成する。単体分離部６は、相関処理部５で抽出された受信信号から単体魚の受信信号を分離するブロックであって、本発明における単体分離手段を構成する。データ演算部７は、単体分離部６で検出された単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するブロックであって、本発明における演算手段を構成する。表示制御部８は、データ演算部７で算出された魚体長のデータや魚群の映像などを表示するための表示データを生成するとともに、それらの表示を制御するブロックである。９は液晶ディスプレイ等からなる表示部であって、魚体長のデータや魚群の映像などを画面上に表示する。表示部９は、本発明における表示手段を構成する。

なお、ＦＭ送信波形生成部４、相関処理部５、単体分離部６およびデータ演算部７の各機能は、実際には、演算処理部３を構成するマイクロコンピュータによってソフトウエア処理で実現される。勿論、各ブロック４〜７をソフトウエアによらずにハードウエアで構成することも可能である。

次に、以上の構成からなる計量魚群探知機１００の動作を説明する。ＦＭ送信波形生成部４は、図２（ａ）に示したようなＦＭ送信信号の波形を生成し、これを送受信部２１〜２４へ出力する。このＦＭ送信信号は、周波数変調された正弦波バースト信号からなる時間幅Ｔ１のパルスであり、一例として周波数３８ＫＨｚのキャリアに±２ＫＨｚの変調をかけた信号となっている。すなわち、時間幅Ｔ１の間で、ＦＭ送信信号の周波数は４０ＫＨｚから３６ＫＨｚまで連続的に変化する（時間とともに周波数が漸減する）。送受波器１の振動子はこの信号により励振され、図２（ａ）と同じ波形の超音波１１を水中に送信する。

水中に送信された超音波１１のパルスがターゲットである魚１３で反射し、エコー１２として帰って来ると、このエコー１２は送受波器１で受信され、送受信部２１〜２４へ送られる。このときの受信信号の波形は、図２（ｂ）のように、基本的に図２（ａ）に示した送信信号と同じ波形である。但し、実際には水中の浮遊物からのエコーやプロペラノイズ等の影響により、受信信号には多くのノイズが含まれ、図２（ｂ）のような理想的な波形にはならないが、ここでは便宜上、受信信号と送信信号とを同じ波形として扱う。送受信部２１〜２４では、受信信号に対してフィルタリングや増幅等の処理が行われ、その出力は相関処理部５へ与えられる。

相関処理部５は、マッチドフィルタ（Matched Filter）から構成されている。図３Ａは、マッチドフィルタを用いた相関処理の原理を説明する図である。図３Ａ（ａ）は基準信号であり、ここでは時間とともに周波数が低くなるチャープ信号となっている。この基準信号の波形データは、あらかじめメモリ（図示省略）に記憶されている。図３Ａ（ｂ）は基準信号と比較される信号であって、具体的には送受信部２１〜２４から出力される受信信号（つまり相関処理部５の入力信号）である。

相関処理においては、（ａ）の基準信号と（ｂ）の受信信号の位相を少しづつずらせながら、各時点での受信信号のレベルと、基準信号のレベルとの積和を演算する。図３Ａは、ある時点での積和演算の様子を示しており、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値と基準信号のレベル値との乗算を行い、その積Ｘ１，Ｘ２，…Ｘｎをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値Ｘ１＋Ｘ２＋…＋Ｘｎの値を相関出力とする。図３Ｂは、別の時点における積和演算の様子を示しており、この場合も、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値と基準信号のレベル値との乗算を行い、その積Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｎをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値Ｙ１＋Ｙ２＋…＋Ｙｎの値を相関出力とする。

相関処理部５は、受信信号と基準信号の一致度に応じたレベルの信号を出力する。一致度が大きくなるほど相関処理部５から出力される信号のレベルは大きくなり、一致度が小さくなるほど相関処理部５から出力される信号のレベルは小さくなる。図３Ａの場合は、基準信号と受信信号の位相一致度が低いため、相関出力の値は小さくなるが、図３Ｂの場合は、基準信号と受信信号の位相が一致しているため、相関出力の値は最大となる。こうして、相関処理によれば、積和演算によって信号のレベル情報だけでなく位相情報も取り込んで信号の検出を行うため、レベルのみに基づいて信号検出を行う場合に比べて、信号の検出精度を高めることができる。

以上のような相関処理を行うことにより、マッチドフィルタからは、図２（ｃ）に示したような、基準信号に対応した受信信号が取り出される。この受信信号は、送信信号と同様のバースト信号であるが、基準信号と同じ帯域（例えば３８ＫＨｚ近傍）の信号のみからなり、それ以外の帯域の信号はカットされている。すなわち、受信信号の時間幅（パルス幅）Ｔ２は、送信信号の時間幅（パルス幅）Ｔ１よりも短くなっている。こうして、マッチドフィルタによる相関処理の結果、相関処理部５から出力される受信信号はパルス圧縮されるため、エコーの分解能が向上し、次に述べる単体分離部６において単体魚を精度良く分離することができる。なお、図２（ｃ）に示したマッチドフィルタの出力信号は、実際には、Ｔ２以外の区間で、Ｔ１と同じ区間にわたって非常に微小なレベルの信号を含んでいるが、この信号は実用上無視できるため、事実上パルス幅がＴ１からＴ２に圧縮されたとみなして差し支えない。

例えば、キャリア周波数が３８ＫＨｚの場合、従来の連続波で１パルス区間を１０波にしたときの分解能と、本発明のＦＭ波（周波数掃引幅３．８ＫＨｚ）で１パルス区間を１０００波にしたときの分解能とが同じになる。したがって、１０波と１０００波のＳＮ比を比較した場合、１０００波のほうが１０log（１０００／１０）＝２０ｄＢ向上することになり、本発明の方式を採用することで探知距離が伸びることがわかる。

なお、図２においては、ＦＭ送信信号のレベルを時間幅Ｔ１に渡って一定としたが、適当な窓関数、例えばハニング窓を用いてエンベロープ処理を施すことにより、受信信号に与えるサイドローブの影響を抑制することができる。

相関処理部５でパルス圧縮された受信信号は、単体分離部６へ与えられる。単体分離部６では、受信信号を解析して単体魚の受信信号を検出する。この原理を図４により説明する。図４は相関処理部５で抽出された受信信号のエンベロープ波形を示している。

本実施形態においては、受信信号の振幅と時間幅とに基づいて、単体魚か否かを判定する。すなわち、以下の２つの条件がいずれも満たされる場合に、単体魚であると判定する。

第１の条件は、図４において、受信信号の振幅が閾値Ｐ以上であることである。第２の条件は、受信信号のピーク値付近の時間幅が一定範囲内にあることである。すなわち、図４において、
Ｔ−τ＜ｔ＜Ｔ＋τ （５）
を満たすことである。ここで、ｔは受信信号の振幅のピーク値より一定レベルαだけ下がったレベルにおける時間幅、Ｔはマッチドフィルタにおける基準信号の時間幅（図２（ｃ）のＴ２に相当）、τはＴの値に応じて予め定められた調整時間幅である。調整時間幅τは、ユーザにおいて任意に設定することができる。図４の波形Ｗ１は単体魚の受信信号の波形であって、上記第１および第２の条件を満たす。波形Ｗ２は、魚以外の浮遊物等からのエコーによる受信信号の波形であって、振幅のピーク値が閾値Ｐより小さく第１の条件を満たさない。波形Ｗ３は、群れをなす複数魚からのエコーによる受信信号の波形であって、振幅のピーク値は閾値Ｐより大きいが、信号の時間幅が長くなって第２の条件である（５）式を満たさないため、単体魚と区別される。

このようにして、本実施形態では、受信信号の振幅と時間幅の２つの条件から単体魚か否かを判別しているので、単体魚を確実に検出することができ、単体分離の精度を向上させることができる。

単体分離部６で解析された単体魚の受信信号のデータは、データ演算部７に送られる。データ演算部７では、単体分離部６から得たデータに基づいて、まず反射強度ＴＳを計算し、続いて反射強度ＴＳから魚体長を演算する。反射強度ＴＳは次式により算出されることが知られている。
ＴＳ＝２０log_１０(ＳＩＧ)−Ｇ＋ＴＶＧ＋Ｂｔ（θｒ，θｐ）
＋Ｂｒ（θｒ，θｐ）−ＳＬ−Ｍｅ （６）
ここで、ＳＩＧは単体魚の受信信号のレベル、Ｇは受信ゲイン、ＴＶＧはターゲットまでの距離に応じて変化する可変時間ゲイン、Ｂｔ（θｒ，θｐ）はターゲット方位による送信指向性の補正項、Ｂｒ（θｒ，θｐ）はターゲット方位による受信指向性の補正項、θｒはターゲットのロール方向の方位、θｐはターゲットのピッチ方向の方位、ＳＬは送信信号のレベル、Ｍｅは受波音圧感度である。なお、指向性補正項であるＢｔ（θｒ，θｐ）とＢｒ（θｒ，θｐ）は、次式により計算される。
ｙ＝−ａｘ^３−ｂｘ^２−ｃｘ （７）
ここで、

である。また、（７）式のａ、ｂ、ｃは送受波器１の指向特性より算出される係数である。このように、反射強度ＴＳの計算にあたっては、受信信号の位相差から得られるターゲットの方位（エコー到来角）に応じて補正された反射強度ＴＳが算出される。そして、反射強度ＴＳが求まると、前記（１）式により魚体長Ｌが算出される。また、データ演算部７は、魚体長のほか、受信信号に基づいて魚群の分布状態も算出する。

次に、表示制御部８では、算出された魚体長Ｌのデータをグラフ表示するための表示データや、魚群の映像を表示するための表示データが生成される。表示制御部８は、これらのデータを表示部９へ出力し、表示部９の画面に表示させる。図５Ａは、表示部９の画面９ａにおける表示例を示している。画面９ａには、魚群映像３１や水底映像３４などの水中映像とともに、魚体長グラフ３２、単体魚マーク３３、水深目盛３５などが表示される。魚群映像３１は、魚で反射した超音波エコーに基づいて得られる映像であって、エコーの強弱に応じた色で区分けして表示される。

魚体長グラフ３２は、魚体長の度数分布を表した棒グラフであって、縦軸は魚の体長、横軸は分布比率を示している。グラフ中に３６で示した数字「６４５」は、検出された単体魚の総数を示している。この魚体長グラフ３２は、画面９ａで示されている枠３７の範囲内に存在する魚の体長分布を表している。枠３７は操作部（図示省略）での操作により移動自在で大きさも可変となっており、この枠３７で範囲を指定することにより、任意の範囲における魚体長グラフ３２を表示させることができる。また、枠３７を表示しない場合は、画面９ａの全範囲に存在する魚についての魚体長グラフ３２が表示される。

単体魚マーク３３は、単体分離部６で検出された単体魚の受信信号に基づき、各単体魚の位置に対応して表示されるマークであって、「＋」のマーク１個が単体魚１匹を表している。図では便宜上、単体魚マーク３３を疎に描いてあり、マークの大きさも誇張してあるが、実際には、このマーク３３は単体魚の数だけ密集して表示され、大きさも微小なものとなっている。図５Ａからわかるように、単体魚マーク３３は、魚群映像３１の周辺部に集中して表示される傾向がある。これは、魚群の中心部に向うほど、単体魚を分離することが困難となるためである。ところが、従来の計量魚群探知機では、このような単体魚マーク３３が表示されなかったため、魚群のどの部分において単体分離をしたのか判断できなかった。例えば、密集した魚群内部において単体分離をすると、複数ターゲットを１個のターゲットとして計測するため、魚体長計測の誤差が大きくなる。この場合、単体分離されたターゲットを映像で確認することができれば、魚体長計測で得られたデータの信頼性を判断できるが、従来はそのような映像が画面に表示されないため、この判断が不可能であった。しかるに、単体魚マーク３３を各単体魚の位置に対応させて表示することにより、例えば、図５Ａのように、単体分離が容易な魚群周辺部に多数の単体魚マーク３３が表示されている場合は、単体分離が正常に行われている証拠であり、魚体長グラフ３２のデータの信頼性は高いと判断できる。これに対して、本来単体分離ができないはずの魚群中心部に多数の単体魚マーク３３が表示されている場合は、単体分離が正常に行われておらず、魚体長グラフ３２のデータの信頼性は低いと判断できる。

図５Ａでは、枠３７内において、検出された全ての単体魚のマーク３３が表示されているが、魚体長の範囲を選択し、選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマーク３３のみを表示してもよい。図５Ｂは、この場合の画面９ａの例を示している。図５Ｂにおいて、３８は画面９ａ上に表示される選択手段としてのカーソルであり、操作部での操作によって上下に移動自在となっている。ここでは、カーソル３８により、魚体長の範囲として３５〜４５ｃｍが選択されており、画面９ａの枠３７内には、３５〜４５ｃｍの魚体長をもった単体魚のマーク３３のみが表示されている。この実施形態によると、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを一目瞭然に知ることができる。また、魚群中心部に多数の単体魚マーク３３が表示された場合に、カーソル３８で魚体長を小さな範囲に絞り込むことで、魚群中心部で何匹もの魚を１匹と誤って処理されたデータを取り除き、魚群の中心部に単体魚マーク３３が表示されないようにすることもできる。これにより、信頼性の高い魚体長データを得ることが可能となる。

また、単体魚の大きさ（魚体長）に応じて、表示態様の異なるマークを表示するようにしてもよい。この場合の実施形態を図５Ｃに示す。（ａ）では、魚の大きさに応じて、単体魚マーク３３の大きさを異ならせている。また、（ｂ）では、魚の大きさに応じて、単体魚マーク３３の種類を異ならせている。このほか、単体魚の大きさに応じて、単体魚マーク３３の色や輝度などを異ならせる方法も考えられる。このようにしても、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを一目瞭然に知ることができる。

図６は、以上説明した計量魚群探知機１００の動作をフローチャートで表したものである。ステップＳ１においては、ＦＭ送信波形生成部４で生成されたＦＭ信号波形に基づいて、図２（ａ）のような時間幅Ｔ１のＦＭ送信信号を水中にパルス送信する。ステップＳ２では、ターゲットで反射して帰って来るエコーを送受波器１で受信する。ステップＳ３では、図２（ｂ）の受信信号を相関処理部５においてマッチドフィルタにより相関処理して、パルス圧縮された図２（ｃ）のような時間幅Ｔ２の受信信号を抽出する。ステップＳ４では、図４の方法に従い、抽出された受信信号を単体分離部６で解析して、単体魚の受信信号を検出する。ステップＳ５では、データ演算部７が単体魚の受信信号のデータに基づき、（７）式により反射強度ＴＳを計算する。ステップＳ６では、データ演算部７が反射強度ＴＳに基づき、（１）式により魚体長を計算する。ステップＳ７では、表示制御部８が魚体長グラフ３２や魚群映像３１等の表示データを生成する。ステップＳ８では、表示制御部８で生成されたデータにより、表示部９の画面９ａに図５Ａ、図５Ｂのような表示が行われる。

以上述べた実施形態においては、マッチドフィルタを用いて相関処理を行う例を挙げたが、マッチドフィルタ以外の手段を用いて相関処理を行うようにしてもよい。

また、以上の実施形態においては、ＦＭ信号として、周波数が時間ととともに漸減する信号を用いたが、周波数が時間ととともに漸増する信号を用いることも可能である。

なお、図５Ａ〜５Ｃで説明した単体魚マーク３３の表示に関する各実施形態は、図１に示したようなＦＭ送信波形生成部４や相関処理部５を備えたＦＭ方式の計量魚群探知機だけでなく、一般の計量魚群探知機（例えば図７）にも適用することが可能である。この場合には、以下のような実施形態が考えられる。
（１）水中に超音波を送信し、魚で反射して帰来する超音波のエコーを解析することにより単体魚を検出するとともに、当該単体魚の魚体長を算出し、算出された魚体長のデータを水中映像とともに画面上に表示するようにした計量魚群探知機において、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて前記画面上に表示する。
（２）水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、この送受波器で受信された受信信号から単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、前記単体魚の受信信号に基づいて得られる反射強度から魚体長を算出する演算手段と、この演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段とを備えた計量魚群探知機において、前記表示手段は、前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて画面上に表示する。
（３）（１）または（２）の計量魚群探知機において、前記画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を備え、前記選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示する。
（４）（１）ないし（３）のいずれかの計量魚群探知機において、前記マークを単体魚の大きさに応じて異なる表示態様で表示する。

本発明に係る計量魚群探知機の実施形態を示した電気ブロック図である。 本発明の計量魚群探知機における信号の波形図である。 マッチドフィルタを用いた相関処理の原理を説明する図である。 マッチドフィルタを用いた相関処理の原理を説明する図である。 単体分離の原理を説明する図である。 表示部の画面における表示例である。 表示部の画面における他の表示例である。 表示部の画面における他の表示例である。 本発明の計量魚群探知機の動作を示したフローチャートである。 従来の計量魚群探知機の電気ブロック図である。 従来の計量魚群探知機の動作を示したフローチャートである。 従来の計量魚群探知機における送信信号の波形図である。 スプリットビーム式計量魚群探知機における方位検出原理を説明する図である。

符号の説明

１ 送受波器
３ 演算処理部
４ ＦＭ送信波形生成部
５ 相関処理部
６ 単体分離部
７ データ演算部
８ 表示制御部
９ 表示部
１１ 超音波
１２ エコー
１３ 魚（ターゲット）
２１〜２４ 送受信部
３１ 魚群映像
３２ 魚体長グラフ
３３ 単体魚マーク
３８ カーソル
１００ 計量魚群探知機
ＣＨ１〜ＣＨ４ チャンネル
Ｌ 魚体長

Claims (8)

1. ＦＭ（周波数変調）信号からなる時間幅Ｔ１の送信信号を生成するＦＭ送信信号生成手段と、
   複数に分割されたチャンネルを有し、前記ＦＭ送信信号生成手段で生成された送信信号を受けて水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、
   前記送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅Ｔ１よりも短い時間幅Ｔ２の受信信号を抽出する相関処理手段と、
   前記相関処理手段で抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、
   前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号の位相差から得られるエコー到来角に基づいて、補正された反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出する演算手段と、
   前記演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とするスプリットビーム方式の計量魚群探知機。
2. 請求項１に記載の計量魚群探知機において、
   前記相関処理手段はマッチドフィルタから構成され、送受波器で受信された受信信号と基準信号との一致度を積和演算により算出し、その算出結果に基づいて時間幅Ｔ２の受信信号を抽出することを特徴とする計量魚群探知機。
3. 請求項１または請求項２に記載の計量魚群探知機において、
   前記単体分離手段は、受信信号の振幅が一定以上で、かつピーク値付近の時間幅が一定範囲内にある場合に、当該受信信号が単体魚によるものであると判別することを特徴とする計量魚群探知機。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の計量魚群探知機において、
   前記表示手段は、前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて魚群映像とともに画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。
5. 請求項４に記載の計量魚群探知機において、
   前記画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を備え、
   前記表示手段は、前記選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。
6. 請求項４または請求項５に記載の計量魚群探知機において、
   前記表示手段は、前記マークを単体魚の大きさに応じて異なる表示態様で表示することを特徴とする計量魚群探知機。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の計量魚群探知機において、
   前記表示手段は、さらに、魚体長の度数分布を表した魚体長グラフを前記画面上に表示し、
   前記魚体長グラフは、前記画面に示される枠で指定された任意の範囲内に存在する魚の体長分布を表したものであることを特徴とする計量魚群探知機。
8. ＦＭ信号からなる時間幅Ｔ１の送信信号を複数に分割されたチャンネルを有する送受波器へ与えて、当該送受波器から水中に超音波を送信するステップと、
   魚で反射して帰来する超音波のエコーを前記送受波器で受信するステップと、
   前記送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅Ｔ１よりも短い時間幅Ｔ２の受信信号を抽出するステップと、
   前記相関処理により抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出するステップと、
   前記単体魚の受信信号の位相差から得られるエコー到来角に基づいて、補正された反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するステップと、
   を備えたことを特徴とするスプリットビーム方式の魚体長計量方法。

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