JP4683888B2

JP4683888B2 - 水中探知システム

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Publication number: JP4683888B2
Application number: JP2004278765A
Authority: JP
Inventors: 修久保田; 俊幸清水
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006090920A

Description

本発明は、複数の水中探知装置からなる水中探知システムに関する。

図５に示すように、従来から、船舶１０３の直下の魚群を探知する魚群探知機１００と船舶１０３の周囲の魚群を探知するスキャニングソナー５０のように機能の異なる複数の水中探知装置を船舶１０３に搭載することで、漁撈作業を効率化している。図において、１はスキャニングソナー５０の円筒形の送受波器であり、１０１は魚群探知機１００の円盤形の送受波器であり、１０４は海面である。また、低い周波数の超音波を用いる魚群探知機と高い周波数の超音波を用いる魚群探知機とが搭載されることもある。さらに、必要に応じて３台以上の水中探知装置が搭載されることもある。

スキャニングソナー５０と魚群探知機１００とが搭載されている場合、両者の探知距離は一般的には異なるので、スキャニングソナー５０がエコー信号を受信しているときに魚群探知機１００が探知用の超音波を送信したり、魚群探知機１００がエコー信号を受信しているときにスキャニングソナー５０が超音波を送信することがある。この結果、一方の装置から送信された超音波が他方の装置で受信されることがある。このように、他の装置から送信された超音波を受信することを超音波の干渉という。また、超音波の干渉によって送受波器１，１０１が受信した信号を干渉信号という。２台の水中探知装置が互いに異なる周波数の正弦波の超音波を用いる場合は、干渉信号は、水中探知装置の受信部に設けられたバンドパスフィルタで除去することができる。

しかし、図６に示すように、超音波の送信の開始時Ｔｓおよび終了時Ｔｅには、超音波は多数の周波数成分を含むので、上記のバンドパスフィルタでは干渉信号を除去することができない。また、この干渉信号は、送受波器１，１０１の受信指向特性の低い方向から到来するが、魚群や海底で反射することなく直接到来するので、信号レベルも比較的大きく、ノイズ信号として除去することもできない。さらに、２つの水中探知装置の超音波の送信タイミングが同期していないので、干渉信号による画像が水中探知装置の表示部の画面の様々な位置に表示される。このため、水中探知装置の操作者が干渉信号による画像を魚群の画像と間違えるという問題も生じる。

そこで、２つの水中探知装置の超音波の送信タイミングを制御することにより、超音波の干渉の影響を低減することが提案されている（例えば、特許文献１）。図７は、第１および第２の水中探知装置の超音波の送信タイミングを示す図である。Ｔ１は第１の水中探知装置の探知サイクル、Ｔ２は第２の水中探知装置の探知サイクルである。ここでは、ｔ４で第２の水中探知装置から超音波を送信せずに、その代わりにｔ５で、すなわち第１の水中探知装置の送信タイミングと同じタイミングで、第２の水中探知装置から超音波を送信するようにする。このようにすることで、第２の水中探知装置がエコー信号を受信しているときに第１の水中探知装置から超音波が送信されなくなり、第２の水中探知装置の表示部には干渉による画像が表示されなくなる。

一方、第１の水中探知装置がエコー信号を受信しているときには第２の水中探知装置から超音波が送信され、第１の水中探知装置の表示部には干渉による画像が表示されるが、２つの水中探知装置の送信タイミングは一定の関係にあるので、干渉による画像は常に表示部の同じ位置に表示される。従って、水中探知装置の操作者は当該画像が干渉によるものであると判断することができ、当該画像を魚群の画像と間違えることがない。尚、第１および第２の水中探知装置の探知サイクルＴ１，Ｔ２が式｛（Ｔ１／２）＜Ｔ２＜Ｔ１｝を満たす場合は、常に２つの水中探知装置から同時に超音波が送信されることになるので、超音波の干渉は生じない。

図８（ａ）はスキャニングソナーの円筒形の送受波器１の正面図であり、送受波器１の表面には多数の振動子２が配設されている。図中の矢印は探知方向、すなわち俯角αの傘形の送信ビームの主軸方向を示す。図８（ｂ）は魚群探知機の円盤形の送受波器１０１の正面図であり、送受波器１０１の下面には多数の振動子１０２が配設されている。図中の矢印は探知方向、すなわち鉛直下方を向いたペンシル形の送信ビームの主軸方向を示す。船舶１０３は波浪によってローリングおよびピッチング（以下、ローリング等という）する。このため、送受波器１，１０１から所定の探知方向へ送信ビームを放射しようとしても、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、ローリング等の影響で予定外の方向（矢印付きの破線で示す方向）に送信ビームが放射される。

そこで、ローリング角およびピッチング角を考慮して各振動子２，１０２を駆動する信号の遅延時間を制御することにより、所定の探知方向に送信ビームが放射されるようにする。また、エコー信号を受信するときにも、ローリング角およびピッチング角を考慮して各振動子の受信信号の位相を制御することにより、所定の探知方向に受信ビームが形成されるようにする。つまり、上記のようにしてローリング等の影響をキャンセルし、所定の探知方向での探知を可能にしている。下記の特許文献２には、測深装置に関するものであるが、円盤形の送受波器１０１におけるローリング等の影響の除去方法が示されている。また、下記の特許文献３には、円筒形の送受波器１におけるローリング等の影響の除去方法が示されている。

また、下記の特許文献４には、下位機器で作成された完成済みテキストを上位機器に送信するシステムにおいて、下位機器の第１および第２のメモリエリアが完成済みテキストの格納領域および作成中のテキストの作業領域として交互に使用され、上位機器からの送信要求を受信すると、下位機器が第１または第２のメモリエリア中の完成済みテキストを送信することが示されている。下記の特許文献５には、波形メモリに格納された波形データを正弦波信号に変換し、当該信号で振動子を駆動することが示されている。

特開昭５８−１３７７７９号公報（第１頁右欄第１０行〜第２頁左上欄第７行、第３頁左上欄第２行〜第４頁右下欄第２行）特開昭５７−１４９９０８号公報（第２頁左上欄第１８行〜第２頁右下欄第１３行）特開２００２−７１７９０号公報（段落０００１〜０００６、００１３〜００３４）特開平１１−８８３８４号公報（段落００１５〜００１９）特開２００３−２０２３７０号公報（段落００２８〜００３０、００３７〜００４０）

上記特許文献１に示されるものにおいては、ローリング等の影響で魚群などを探知する方向が定まらないので、特許文献２および３に示される方法を用いてローリング等の影響を除去することも考えられる。しかし、一方の水中探知装置（親機）が自ら超音波の送信を開始すると共に、他方の水中探知装置（子機）に送信指令を送信する水中探知システムでは、子機が送信指令を受信してから上記の遅延時間を求める演算を行うと、子機の超音波の送信タイミングが親機の送信タイミングよりも遅れ、超音波の干渉が発生するという問題がある。また、予め上記の遅延時間を求めておき、親機から送信指令を受けると、直ちに当該遅延時間の信号で各振動子を駆動し、親機と子機との超音波の送信タイミングを略一致させることも考えられる。しかし、予め遅延時間が求められた時点と送信指令を受信した時点とでローリング角およびピッチング角が異なることがあり、このような場合には所定の探知方向に超音波が送信されないという問題が生じる。

本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、複数の水中探知装置を備えた水中探知システムにおいて、複数の水中探知装置から超音波が送信されることによる干渉の問題を軽減すると共に、ローリング等の影響を受けないようにすることにある。

本発明では、第１および第２の水中探知装置を備え、第２の水中探知装置からの送信指令に基づき第１の水中探知装置が超音波の送信を開始する水中探知システムにおいて、第１の水中探知装置は、超音波を送信し、エコー信号を受信する複数の振動子が配設された送受波器と、適宜更新されるローリング角およびピッチング角を用いて、所定の探知方向の送信ビームを形成するための、各振動子の波形データを生成する波形データ生成部と、生成された波形データを記憶する第１および第２メモリと、第１および第２メモリに対する波形データの書き込みおよび読み出しを制御するメモリ制御部と、第１または第２メモリから読み出された各振動子の波形データから各振動子を駆動する送信信号を生成する送信信号生成部と、上記ローリング角およびピッチング角を用いて、所定の探知方向の受信ビーム信号を形成する受信ビーム形成部と、受信ビーム信号から得られる水中情報を表示する表示部と、を備える。そして、メモリ制御部は、生成された波形データを第１および第２メモリのうちで古い波形データを記憶するメモリに書き込み、且つ送信指令を受信すると、第１および第２メモリのうちで最新の波形データを記憶するメモリから波形データを読み出す。

このようにすることで、第１の水中探知装置は、任意の時刻に第２の水中探知装置から送信指令を受け取ったときに改めて波形データを生成しなくても、適宜更新されるローリング角およびピッチング角を用いて生成された波形データを第１または第２メモリから読み出し、当該波形データから送信信号を生成するだけで超音波の送信を開始することができる。すなわち、送信指令に基づき、例えば送信指令を受取ったら直ちに、または送信指令で指定された時間が経過したら直ちに、超音波の送信を開始することができる。これにより、第２の水中探知装置が第１の水中探知装置の超音波の送信開始タイミングを制御することが可能となり、第２の水中探知装置が自らの超音波の送信と第１の水中探知装置の超音波の送信とを管理することによって、超音波の干渉を防止し、または干渉を軽減することができる。また、上記の波形データによって超音波が送信されるので、当該波形データの生成に用いられたローリング角等と超音波の送信時のローリング角等とは略等しく、送信ビームが所定の探知方向に形成されると共に、適宜更新されるローリング角等を用いて所定の探知方向の受信ビーム信号も形成される。これにより、船舶がローリング等しているときであっても、所定の探知方向で魚群などの探知を行うことができる。尚、全てのローリング角等に応じた送信データを予め準備しておく方式も考えられるが、ローリング角等の角度分解能を所望の値にすると、送信データのサイズが極めて大きくなり、大量の記憶領域が必要となるという問題がある。

本発明の実施形態においては、各振動子の波形データは遅延時間規定部と波形規定部とから構成され、当該遅延時間規定部のデータにより（例えば、遅延時間規定部のデータの数により）各振動子の送信信号の遅延時間が決められ、当該波形規定部のデータにより当該送信信号の波形が決められる。このようにすることで、第１または第２メモリから読み出された各チャンネルの波形データを送信信号生成部に渡すだけでチャンネルごとに遅延した送信信号を生成することができる。これにより、チャンネルごとの送信信号の遅延時間を記憶する係数テーブルや、係数テーブル中の遅延時間のデータによって送信信号を制御する制御回路が不要となり、第１の水中探知装置の電子回路を簡略化することができる。

また、本発明の実施形態においては、波形規定部のデータは、送信信号の先頭部分の振幅を後続部分の振幅よりも小さくするデータである。このようにして、波形が歪んでいる、すなわち第２の水中探知装置の受信部のバンドパスフィルタで容易に除去されない多くの周波数成分を含む、送信信号の先頭部分の振幅を小さくすることにより、第２の水中探知装置の受信動作に対する悪影響を低減することができる。また、上記のことが波形データによって実現されるので、電子回路を新たに設ける必要もない。

さらに、本発明の実施形態においては、第２の水中探知装置は、第１の水中探知装置の超音波の送信時間を把握しており、第１の水中探知装置の超音波の送信の終了タイミングが自己の超音波の送信の終了タイミングと同じになるように、送信指令を第１の水中探知装置に送信する。このようにすることで、第１および第２の水中探知装置がエコー信号を受信しているときには超音波の送信が行われなくなり、超音波の干渉が発生しないようにすることができる。

本発明によれば、第１または第２メモリに記憶されている、最新のローリング角およびピッチング角を用いて生成された波形データによって超音波が送信されるので、第２の水中探知装置が第１の水中探知装置の超音波の送信開始タイミングを制御することが可能となり、超音波の干渉を防止し、または干渉を軽減することができる。また、船舶がローリング等しているときであっても、所定の探知方向で魚群などの探知を行うことができる。

図１は、本発明に係る水中探知システムの構成を示すブロック図である。この水中探知システムは、図５に示すものと同様にスキャニングソナー５０（第１の水中探知装置）と魚群探知機１００（第２の水中探知装置）とを備え、魚群探知機１００（親機１００ともいう）からの送信指令に従ってスキャニングソナー５０（子機５０ともいう）が超音波の送信を開始する。動揺検出部４０は所定の周期でローリングおよびピッチング（以下、ローリング等という）を検出し、検出信号から動揺情報、すなわちローリング角およびピッチング角（以下、ローリング角等という）のデータを求め、動揺情報をスキャニングソナー５０および魚群探知機１００に送る。この動揺検出部４０は、スキャニングソナー５０および魚群探知機１００で使用されるだけでなく、船舶の航行にも用いられる。

以下、スキャニングソナー５０の構成について説明する。以下の説明では、送受波器１の振動子２ごとの送信または受信の系統をチャンネルとよぶことにする。制御部３は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、不図示の操作部から入力されたデータや予めメモリに設定されているデータなどに基づいて、スキャニングソナー５０の各部を制御する。また、制御部３は、魚群探知機１００の制御部（不図示）との間でデータやコマンドの送受信を行い、魚群探知機１００から上記の送信指令を受信すると、超音波を送信するためにメモリ制御回路１４などを制御する。さらに、制御部３は、上記の動揺検出部４０から新たな（更新された）動揺情報を受取ると、当該動揺情報を波形データ生成部１６および受信ビーム形成部８に送信する。波形データ生成部１６および受信ビーム形成部８は、受信した動揺情報を一旦保存し、必要に応じて使用する。

波形データ生成部１６は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などから構成され、制御部３から新たな動揺情報を受信すると、各チャンネルの振動子２を駆動する送信信号の元となる波形データを生成して出力する。この波形データは「０」と「１」とからなる２値データ列であり、波形データの生成は以下のようにして行われる。まず、従来から行われている方法で、船舶がローリング等で動揺していても予め定められた俯角の傘形の送信ビームが送受波器１の周囲に形成されるように、すなわち所定の探知方向に送信ビームが放射されるように、ローリング角等を用いてチャンネルごとの送信信号の送信開始タイミング、すなわちチャンネルごとの送信信号の遅延時間を求める。尚、制御部３から受信するのは動揺検出部４０におけるローリング角等であるので、波形データ生成部１６は、動揺検出部４０と送受波器１の中心との位置関係や送受波器１の中心に対する各振動子２の座標などに基づいて算出された個々のローリング角等を用いて上記の遅延時間を求める。次に、上記の遅延時間に相当する数だけの「０」が先頭部に付加された波形データを生成する。波形データの詳細については後述する。

メモリ制御回路１４は、アドレス信号やリード／ライト信号を出力することにより、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂに対する上記の波形データの書き込みおよび読み出しを行う。以下では、第１メモリ１５ａまたは第２メモリ１５ｂを特定しない場合には、単にメモリ１５と表す。このメモリ制御回路１４は、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂの記憶内容を管理する機能も備えており、波形データ生成部１６から出力される波形データをメモリ１５に書き込むときには、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂのうちで古い方の動揺情報を用いて生成された波形データ（以下、古い波形データという）が書き込まれているメモリ１５に波形データが書き込まれるように書き込み制御を行う。

また、波形データをメモリ１５から読み出すときには、メモリ制御回路１４は、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂのうちで最新の動揺情報を用いて生成された波形データ（以下、最新の波形データという）が書き込まれているメモリ１５から波形データが一定の読み出し周期で読み出されるように読み出し制御を行う。この一定の読み出し周期によって波形データから生成される送信信号の周波数が決まる。ここでは、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂの記憶内容を管理する機能をメモリ制御回路１４に持たせたが、この機能を制御部３に持たせ、メモリ制御回路１４と制御部３とを連携させて動作させるようにしてもよい。

送信信号生成回路１３は、チャンネルごとに設けられており、３値信号生成回路と波形整形回路とから構成される。３値信号生成回路は、メモリ１５からシリアルに出力される波形データから、正電圧、負電圧および０ボルトの３値信号を生成する。波形整形回路は、３値信号生成回路から出力される３値信号を正弦波信号、すなわち送信信号に整形する。図２は、２つのチャンネル（ここでは、チャンネルａおよびチャンネルｂ）の波形データと３値信号と送信信号とを示す図である。各チャンネルの波形データは、先頭の遅延時間規定部Ｒａと、それに続く波形規定部Ｒｂとで構成される。遅延時間規定部Ｒａの「０」の数は、上記のチャンネルごとの遅延時間に相当しており、波形データ生成部１６が遅延時間および上記の波形データの読み出し周期から求めたものである。

ここでは、チャンネルｂの方がチャンネルａよりも遅延時間規定部Ｒａの「０」が１つだけ多いので、チャンネルｂの方がチャンネルａよりも遅延時間がΔＴだけ大きくなる。また、送信信号の１周期分のデータが１２桁のビット列で示されているが、これでは十分な分解能でチャンネルごとの遅延時間を決めることができないので、実際には１周期分のデータを、例えば１２８桁のビット列で構成するようにしている。

メモリ１５から読み出された波形データは、図２の左側の桁から順番に一定の周期で３値信号生成回路に入力される。３値信号生成回路は、波形データの遅延時間規定部Ｒａの「０」が入力されている間は、０ボルトを出力する。次に、波形規定部Ｒｂの最初の「１」が入力されると正電圧を出力し、２番目の「１」が入力されると０ボルトを出力し、３番目の「１」が入力されると負電圧を出力する。つまり、３値信号生成回路は、「１」が入力されるたびに、出力電圧を正電圧、０ボルト、負電圧、０ボルト、正電圧、・・・の順番に切り換えることで、３値信号を生成する。そして、この３値信号を波形整形回路で波形整形することによって送信信号が得られる。

各チャンネルの送信信号は、送信アンプ１２で増幅され、送受信切換回路４を介して振動子２を駆動する。そして、各振動子２から送信される超音波によって送信ビームが形成される。また、各チャンネルの送信信号の遅延時間はローリング等の影響をキャンセルするように決められているので、送信ビームが放射される方向と直交する面においては各チャンネルの超音波の位相が一致し、予め定められた俯角の傘形の送信ビームが送受波器１の周囲に形成される。つまり、船舶がローリング等していても、所定の方向に送信ビームが放射される。

図２では、最初のサイクルから送信信号の波形を正弦波で示しているが、実際には、最初の数サイクルは、送信信号は位相の遅れた歪んだ波形となる。一方、３値信号の正電圧（または負電圧）である部分の０ボルトである部分に対する比率が高くなると、波形整形回路の回路特性から送信信号の振幅が大きくなる。また、超音波による干渉を防止する観点からは、波形が歪む最初の数サイクルは送信信号の振幅を小さくし、その後は振幅をより大きな一定値にするのが望ましい。図に示す波形規定部Ｒｂのデータでは、正電圧（または負電圧）と０ボルトに相当する半周期分のデータ「１００１００」が繰返されているので送信信号の振幅は一定となるが、最初の数サイクルのデータを「１０１０００」とし、その後のデータを「１００１００」とすることで、最初の数サイクルの振幅を小さくし、その後の振幅をより大きな定常値にすることができる。また、より多くの桁数のデータを上記の半周期分のデータに対応させるようにすれば、送信信号の振幅を僅かずつ段階的に大きくすることもできる。

尚、各振動子２から送信される超音波の周波数および送信時間は、制御部３によって管理されている。例えば、５０ｋＨｚの超音波を５ｍ秒だけ送信するようになっている場合には、２５０周期分の超音波が送信される。そして、周波数および送信時間の管理情報によって各部の動作が規定される。例えば、波形データ生成回路は２５０周期分の波形データを生成する。メモリ制御回路１４は、送信信号の周波数が５０ｋＨｚとなる読み出し周期でメモリ１５から波形データを読み出し、２５０周期分の波形データが読み出されると波形データの読み出しを終了する。

次に、受信系について説明する。魚群などのエコー信号を含む、各振動子２が受信した受信信号は、チャンネルごとに送受信切換回路４を介して受信アンプ５で増幅される。増幅された受信信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６で上述の送信信号の周波数を含む所定の帯域幅以外の周波数の信号成分がノイズとして除去された後、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器７は、所定のサンプリング周期で、送信信号と同じ周波数の内部的な正弦波信号の第１位相と、第１位相と９０度だけ位相の異なる第２位相とで受信信号をサンプリングし、サンプリングした信号（サンプルデータ）を順次出力する。第１位相でサンプリングした信号をＩ信号、第２位相でサンプリングした信号をＱ信号、Ｉ＋ｊＱ（ｊは虚数単位）をＩＱ信号とよぶ。このＩ信号とＱ信号とで表される受信信号に対して後述の受信ビーム形成部８でｅｘｐ（ｊθ_Ｃ）を乗算することによって、各チャンネルの受信信号の位相がθ_Ｃだけ補正される。

受信ビーム形成部８は、不図示のバッファメモリ、位相補正回路、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、および係数メモリなどから構成され、各チャンネルの受信信号から、送信ビームと同じ俯角を有する方位ごとの受信ビーム信号、例えば送受波器１の周囲の６４の方位ごとの受信ビーム信号を順番に形成して出力する。Ａ／Ｄ変換器７から出力される各チャンネルのサンプルデータは、一旦上記のバッファメモリに格納される。ＤＳＰは、ローリング等があっても送信ビームと同じ俯角の方位ごとの受信ビーム信号が形成されるように、従来から用いられている方法で、制御部３から受信した動揺情報（ローリング角等のデータ）を用いて各チャンネルの受信信号の位相補正量θ_Ｃを算出し、係数メモリに格納する。

チャンネルごとに設けられた位相補正回路は、バッファメモリから読み出された各チャンネルの受信信号の位相を係数メモリに格納された当該チャンネルの位相補正量θ_Ｃで補正する。そして、位相補正された各チャンネルの受信信号を加算することにより形成された方位別の受信ビーム信号が順番に受信ビーム形成部８から出力される。尚、探知距離を１５００ｍとすると、エコー信号の受信期間は約２秒となり、この間にローリング角等が変動するので、最新のローリング角等を用いて上記の位相補正量θ_Ｃを求めるのが望ましい。

検波部９は、受信ビーム形成部３から順番に出力される各方位の受信ビーム信号の振幅、すなわち受信ビーム信号の実数成分（Ｉ信号）の２乗と虚数成分（Ｑ信号）の２乗との和の平方根を求めることによって、各方位の受信ビーム信号（すなわち、エコー信号）の包絡線の信号を得る。この信号の大きさは、魚群の大きさや粗密の度合いなどに比例する。画像処理部１０は、検波部９の出力信号に対して画像処理を施すことによって、魚群の大きさや粗密、方位、距離に応じたエコー信号の画像、例えば魚群の画像を表示部１１に表示する。

次に、図３を参照してメモリ１５に対する波形データの書き込みおよび読み出しの動作を説明する。図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）・・・は、所定の周期で更新される動揺情報（ローリング角等のデータ）の値や、当該動揺情報を用いて生成された波形データなどを示す。また、「（ａ）Ｗ」などの「Ｗ」は波形データのメモリ１５への書き込みを示す。制御部３は、新たな動揺情報を動揺検出部４０から受取ると、波形データ生成部１６に対して当該動揺情報を送信すると共に、波形データの生成を開始するように指示する。メモリ制御回路１４は、波形データ生成部１６から出力される波形データをメモリ１５に書き込む。

以下、図３に沿って説明する。まず、波形データ生成部１６が動揺情報（ａ）に用いて生成した波形データ（以下、波形データ（ａ）という）を出力し、メモリ制御回路１４が波形データ（ａ）を第１メモリ１５ａに書き込む。このとき、波形データ（ａ）の生成された部分から順番に第１メモリ１５ａへ書き込まれるので、波形データ（ａ）の生成と第１メモリ１５ａへの書き込みは同時並行的に行われる。同様にして、波形データ（ｂ）が第２メモリ１５ｂに書き込まれ、波形データ（ｃ）が第１メモリ１５ａに書き込まれ、波形データ（ｄ）が第２メモリ１５ｂに書き込まれ、さらに波形データ（ｅ）の前半部が第１メモリ１５ａに書き込まれる。

上記のように波形データ（ａ）〜（ｅ）がメモリ１５に書き込まれる際には、メモリ制御回路１４は、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂのうちで古い方の動揺情報を用いて生成された波形データ（以下、古い波形データという）を記憶しているメモリ１５に波形データを書き込む。そして、あるメモリ１５に波形データが書き込まれてから次の波形データの書き込みが開始されるまでの期間は、当該メモリ１５から書き込まれた波形データの読み出しが可能である。図３で「読出可」と表示されている期間がこれに該当する。尚、スキャニングソナー５０の電源が投入された直後にはメモリ１５に波形データは書き込まれていないが、魚群の探知が開始されるときまでには、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂに波形データが書き込まれている。

波形データ（ｅ）が第１メモリ１５ａに書き込まれている途中で、制御部３が魚群探知機（親機）１００から送信指令を受信すると、制御部３は、波形データ生成部１６に波形データの生成を中止するように指示すると共に、メモリ制御回路１４に波形データの書き込みを中止して、メモリ１５から波形データを読み出すように指示する。すると、メモリ制御回路１４は、最新の波形データ（ｄ）を記憶している第２メモリ１５ｂから波形データ（ｄ）を読み出す。この読み出された波形データ（ｄ）から送信信号生成回路１３で送信信号が生成・出力され、さらに送信アンプ１２で増幅された送信信号が各チャンネルの振動子２を駆動する。この結果、所定の周波数の超音波が所定時間だけ振動子２から送信され、予め定められた俯角の傘形の送信ビームが送受波器１の周囲に形成される。魚群探知機（親機）１００も同じ時間帯に超音波を送信する。

超音波の送信が終了すると、波形データ生成部１６は波形データの生成を再開し、波形データ（ｆ）を生成して出力する。メモリ制御回路１４は、無効データ（書き込みが途中で中止された波形データ（ｅ））の格納されている第１メモリ１５ａに波形データ（ｆ）を書き込む。さらに、次回の送信指令に備えて、新たな動揺情報を用いて波形データが引き続き生成され、当該波形データが第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂに交互に書き込まれる。

上記の説明では、第２メモリ１５ｂから波形データ（ｄ）を読み出す期間は、波形データ（ｅ）の生成を中止すると共に、波形データ（ｅ）を第１メモリ１５ａへ書き込まないようにした。これは、波形データ（ｅ）が探知サイクルとの関係で送信信号の生成に使われないこと、およびメモリ制御回路１４の機能的制約によるものである。また、図３では、動揺情報の更新周期の方が波形データの生成時間よりも長くなっているが、動揺情報の更新周期の方が波形データの生成時間よりも短くても、波形データの生成や波形データのメモリ１５への書き込みなどは同様に行われる。但し、動揺情報の更新周期の方が波形データの生成時間よりも短いので、全ての動揺情報を用いて波形データを生成することはできない。尚、動揺情報の更新周期は、動揺検出部４０の性能などに依存するが、例えば２０ｍ秒である。また、波形データの生成時間は送受波器１の振動子２の個数や超音波の送信時間、すなわち波形データのデータサイズに依存するが、例えば５ｍ秒である。

一方、エコー信号を受信する受信期間においては、受信ビーム形成部８は、制御部３から受取った最新の動揺情報を用いて各方位の受信ビーム信号を順次形成して、出力する。そして、この受信ビーム信号に含まれるエコー信号の画像が表示部１１に表示される。このようにして、超音波を送信してエコー信号を受信する１つの探知サイクルが終了する。この受信期間中も、新たな動揺情報を用いて波形データの生成および当該波形データのメモリ１５への書き込みが上述のように行われる。再び、制御部３が魚群探知機１００から送信指令を受取ると、次の探知サイクルが始まる。

上記のように、第１および第２メモリ１５ａ，１５ｂのいずれか一方に適宜更新される動揺情報のうちで最新の動揺情報を用いて生成された波形データ（最新の波形データ）が格納されているので、任意の時刻に送信指令を受信したときに改めて波形データを生成する必要がなく、直ちにメモリ１５から最新の波形データを読み出し、超音波の送信を開始することができる。つまり、スキャニングソナー（子機）５０と魚群探知機（親機）１００とが同じタイミングで超音波の送信を開始することができるので、エコー信号の受信期間においては、スキャニングソナー５０は魚群探知機１００から超音波を直接受信しなくなり、干渉の発生を防止することができる。この点については、魚群探知機１００でも同様である。

また、最新の波形データによって超音波が送信されるので、当該波形データの生成に用いられたローリング角等と超音波の送信時のローリング角等とは略等しく、船舶がローリング等していても、予め定められた俯角の傘形の送信ビームが送信される。すなわち、送信ビームは所定の探知方向に送信されることなる。一方、受信ビーム信号が形成されるときも、適宜更新される動揺情報を用いて各チャンネルの受信信号の位相制御が行われるので、送信ビームが形成された方向、すなわち所定の探知方向に対する受信ビーム信号が形成される。つまり、船舶がローリング等しているときであっても、所定の探知方向で魚群などの探知を行うことができる。

上記の説明では、図４（ａ）に示すように、魚群探知機（親機）１００とスキャニングソナー（子機）５０との超音波の送信時間Ｔは同じとしていた。しかし、親機１００と子機５０との超音波の送信時間が異なる場合に、親機１００と子機５０とが同時に超音波の送信を開始すると、親機１００の送信時間の方が長ければ、子機５０が超音波の干渉の影響を受け（図４（ｂ））、子機５０の送信時間の方が長ければ、親機１００が超音波の干渉の影響を受ける（図４（ｃ））。但し、この場合でも、親機１００と子機５０との超音波の送信開始タイミングは同期していることから、干渉による画像は常に表示部１１の同じ位置に表示されるので、親機１００または子機５０の操作者は、当該画像が干渉によるものであると判断することができる。

次に、親機１００と子機５０との超音波の送信時間が異なる場合であっても、親機１００および子機５０が超音波の干渉の影響を受けないようにする方法について説明する。図４（ｄ）は、親機１００の方が子機５０よりも超音波の送信時間が長いときのタイムチャートを示す。ここでは、親機１００は子機５０の送信時間の情報を持っている。親機１００が時刻ｔａで自ら超音波の送信を開始し、時刻ｔｂで上述の送信指令を子機５０に送信することにより、子機５０も時刻ｔｂで超音波の送信を開始し、時刻ｔｃで親機１００および子機５０が共に超音波の送信を終了する。

または、親機１００が時刻ｔａで自ら超音波の送信を開始すると共に、時間（ｔｂ−ｔａ）をパラメータとする送信指令を子機５０に送信することにより、子機５０も送信指令を受信してから時間（ｔｂ−ｔａ）が経過した時点、すなわち時刻ｔｂで超音波の送信を開始し、時刻ｔｃで親機１００および子機５０が共に超音波の送信を終了する。上記のようにすることで、親機１００と子機５０の送信終了タイミングが同じになり、それぞれの受信期間においては超音波が送信されないので、超音波の干渉が生じない。

図４（ｅ）は、子機５０の方が親機１００よりも超音波の送信時間が長いときのタイムチャートを示す。親機１００が時刻ｔｄで子機５０に送信指令を送信することにより、子機５０が時刻ｔｄで超音波の送信を開始する。さらに、時刻ｔｅで親機１００も超音波の送信を開始し、時刻ｔｆで親機１００および子機５０が共に超音波の送信を終了する。上記のようにすることで、図４（ｄ）の場合と同様に超音波の干渉が生じない。

以上述べた実施形態においては、送信指令を受ける水中探知装置（第１の水中探知装置）がスキャニングソナー５０であり、送信指令を送る水中探知装置（第２の水中探知装置）が魚群探知機１００である場合について説明した。魚群探知機１００は、鉛直下方にペンシル形の送信ビームが送信され、鉛直下方を向いた受信ビームが形成される点でスキャニングソナー５０と異なるが、船舶のローリング等の影響をキャンセルするように送信ビームおよび受信ビームを形成する際の原理はスキャニングソナー５０と同様である。従って、第１の水中探知装置が魚群探知機であり、第２の水中探知装置がスキャニングソナーである場合でも本発明を実施することができる。また、第１および第２の水中探知装置が共にスキャニングソナーまたは魚群探知機である場合であっても、本発明を実施することができる。さらに、第１および第２の水中探知装置はスキャニングソナーや魚群探知機に限定されるものではなく、測深計などの水中探知装置であってもよい。

また、上記実施形態では、送信指令を受ける第１の水中探知装置が１台である場合について説明したが、第１の水中探知装置が２台以上である場合でも本発明を実施することができる。さらに、上記実施形態では、円筒形の送受波器１を備えたスキャニングソナー５０について説明したが、球形の本体の表面に多数の振動子が配設された送受波器を用いる場合であっても、本発明を実施することができる。さらに、上記実施形態では、図４に示すように２つの水中探知装置（親機１００と子機５０）の超音波の送信周期が等しい場合について説明したが、図７に示すように２つの水中探知装置の超音波の送信周期が異なるときにも本発明を適用することができる。

本発明に係る水中探知システムの構成を示すブロック図である。波形データと３値信号と送信信号とを示す図である。メモリに対する波形データの書き込みおよび読み出しを示すタイムチャートである。親機および子機の超音波の送信を示すタイムチャートである。２台の水中探知装置を搭載した船舶を示す図である。超音波の送信波形を示す図である。２台の水中探知装置の超音波の送信タイミングを示す図である。ローリング等が探知方向に影響を与えることを説明する図である。

符号の説明

１送受波器（スキャニングソナーの送受波器）
２振動子
３制御部
８受信ビーム形成部
１１表示部
１３送信信号生成回路
１４メモリ制御回路
１５メモリ
１５ａ第１メモリ
１５ｂ第２メモリ
１６波形データ生成部
４０動揺検出部
５０スキャニングソナー（子機、第１の水中探知装置）
１００魚群探知機（親機、第２の水中探知装置）
１０１送受波器（魚群探知機の送受波器）

Claims

第１および第２の水中探知装置を備え、第２の水中探知装置からの送信指令に基づき第１の水中探知装置が超音波の送信を開始する水中探知システムにおいて、
第１の水中探知装置は、
超音波を送信し、エコー信号を受信する複数の振動子が配設された送受波器と、
適宜更新されるローリング角およびピッチング角を用いて、所定の探知方向の送信ビームを形成するための、各振動子の波形データを生成する波形データ生成部と、
前記生成された波形データを記憶する第１および第２メモリと、
第１および第２メモリに対する前記波形データの書き込みおよび読み出しを制御するメモリ制御部と、
第１または第２メモリから読み出された前記各振動子の波形データから各振動子を駆動する送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記ローリング角およびピッチング角を用いて、所定の探知方向の受信ビーム信号を形成する受信ビーム形成部と、
受信ビーム信号から得られる水中情報を表示する表示部と、を備え、
前記メモリ制御部は、前記生成された波形データを第１および第２メモリのうちで古い波形データを記憶するメモリに書き込み、且つ前記送信指令を受信すると、第１および第２メモリのうちで最新の波形データを記憶するメモリから前記波形データを読み出すことを特徴とする水中探知システム。
請求項１に記載の水中探知システムにおいて、
前記各振動子の波形データは遅延時間規定部と波形規定部とから構成され、当該遅延時間規定部のデータにより前記各振動子の送信信号の遅延時間が決められ、当該波形規定部のデータにより当該送信信号の波形が決められることを特徴とする水中探知システム。
請求項２に記載の水中探知システムにおいて、
前記波形規定部のデータは、前記送信信号の先頭部分の振幅を後続部分の振幅よりも小さくするデータであることを特徴とする水中探知システム。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水中探知システムにおいて、
第２の水中探知装置は、第１の水中探知装置の超音波の送信時間を把握しており、第１の水中探知装置の超音波の送信の終了タイミングが自己の超音波の送信の終了タイミングと同じになるように、前記送信指令を第１の水中探知装置に送信することを特徴とする水中探知システム。