JP4776960B2 - 超音波送受信装置 - Google Patents

Description

この発明は、探知領域へ超音波探知信号を送信し、その超音波エコーを受信して物標の探知を行う超音波送受信装置に関するものである。

従来、水中に存在する魚群等の物標を探知する装置として、超音波パルス信号を水中に送信し、魚群等の物標で反射した超音波エコーを受信することで、魚群等の物標を探知するソナー装置が存在する（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図２１は一般的な従来のソナー装置に用いられる超音波受信装置の概略構成を示したブロック図である。

超音波受信装置は、受信部１０１、表示器１０２、Ｉ／Ｆ１０３、受波器１０４ａ〜１０４ｎ（ｎは１以上の自然数）を備える。
受波器１０４ａ〜１０４ｎは、それぞれ振動子１４１ａ〜１４１ｎ、アンプ１４２ａ〜１４２ｎ、ＡＤ変換器１４３ａ〜１４３ｎを備え、振動子１４１ａ〜１４１ｎは所定パターンで配列して設置されている。振動子１４１ａ〜１４１ｎは水中からの超音波エコーを受波して電気信号であるエコー信号に変換し、アンプ１４２ａ〜１４２ｎはこのエコー信号を所定ゲインで増幅し、ＡＤ変換器１４３ａ〜１４３ｎは増幅されたエコー信号を所定サンプリング周波数でＡＤ変換する。これら受波器１０４ａ〜１０４ｎがそれぞれ受信チャンネルＣＨ０〜ＣＨｎ−１に対応する。ディジタル化されたエコー信号はＩ／Ｆ１０３を介して受信部１０１に入力される。

受信部１０１は、プリアンプ１１１ａ〜１１１ｎ、ＲｘＢＭＦ１１２、検波回路１１３、ポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍ（ｍは１以上の自然数）を備える。プリアンプ１１１ａ〜１１１ｎは、時間可変ゲインアンプ（ＴＶＧ）であり、各チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのエコー信号を所定ゲインで増幅する。ＲｘＢＭＦ１１２はビームフォーマであり、入力されたｎチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータＢｅａｍ１〜ＢｅａｍＭ（Ｍは、Ｍ＝ｍである１以上の自然数）を形成する。検波回路１１３は各受信ビームデータＢｅａｍ１〜ＢｅａｍＭを検波して、ビーム方位毎の探知データを生成する。ポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍは、各ビーム方位の強度データを所定ゲインでゲインコントロールして表示器１０２に出力する。

表示器１０２は、各強度データに基づき画像データを形成して表示画面上に出力する。
特開２００１−９９９１４公報 特開２００４−３４７３１９公報

しかしながら、従来の超音波受信装置は、魚群等の物標を確実に検知するためにエコー信号を飽和させている。この際、図２１に示す超音波受信装置では、主としてプリアンプ１１１ａ〜１１１ｎでゲイン制御を行っている。

図２２（Ａ）〜（Ｃ）は、プリアンプ１１１ａ〜１１１ｎにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順でゲインが大きくなる。また、図２２（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図２２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の場合の表示画面を示す概略図である。図２２（Ａ）〜（Ｃ）のグラフ中における波線は表示閾値を示し、この閾値以上の強度データが表示画面に表示され、図２２（Ｄ）〜（Ｆ）のハッチング部分に相当する。

このように、プリアンプ１１１ａ〜１１１ｎのゲイン調整を調整することで、目的とする魚群の強度データのレベルを高めながらも、サイドローブすなわち不要成分のレベルの上昇を抑制する。この結果、魚群（物標）とノイズとのレベル差が大きくなり、魚群を確実に検知して表示する。

しかしながら、魚群の魚量を正確に把握するために、前述のように入力されたエコー信号を飽和させると、各ビーム方位の強度データ間での相対レベルが、受信されたエコー信号の相対レベル差に比例しなくなる。すなわち、定量的に見ればエコー信号のレベルと強度データのレベルとの相関がなくなる。このため、図２１に示すような従来の超音波受信装置では、正確に魚量を得ることができない。一方、正確な魚量を得るためプリアンプ１１１ａ〜１１１ｎのゲインを低下させると、魚群を正確に検知できない。

この解決方法としてポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍのゲインを調整する方法があるが、図２３に示すように、ポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍのゲイン調整では魚群とともに不要成分も高レベルとなり、表示画面に表示されてしまう。

図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、ポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順でゲインが大きくなる。また、図２３（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の場合の表示画面を示す概略図である。図２３（Ａ）〜（Ｃ）のグラフ中における波線は表示閾値を示す線であり、この線よりも高い強度データが表示画面に表示され、図２３（Ｄ）〜（Ｆ）のハッチング部分に相当する。

したがって、この発明の目的は、受信した超音波エコーから物標を確実に検知し、且つこの物標の定量を正確に検出することができる超音波受信装置、および、この超音波受信装置を備えて高精度に物標検知、定量検出を行うソナー装置を提供することにある。

この発明の超音波送受信装置は、探知領域に送信する超音波探知信号の生成制御を行う送信手段と、超音波探知信号を探知領域に送波し、探知領域からの超音波エコーを受波して電気的なエコー信号に変換する複数の送受波器と、各送受波器からのエコー信号を増幅し、複数の受信ビームを形成する物標存在領域検出用ビーム形成手段と、該物標存在領域検出用ビーム形成手段から出力される複数の受信ビームの距離方向の強度データから探知領域内の物標の存在領域を検出する物標存在領域検出手段と、各受波器からのエコー信号を増幅し、各エコー信号の定量関係を維持した複数の受信ビームを形成する物標定量検出用ビーム形成手段と、該物標定量検出用ビーム形成手段から出力される複数の受信ビームの距離方向の強度データから探知領域内の物標の定量データを検出する物標定量検出手段と、物標存在領域検出手段で検出した物標存在領域に物標定量検出手段で検出した物標の定量データを合成する定量データ合成手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、複数の送受波器が探知領域に超音波探知信号を送信して超音波エコーを受波し、エコー信号を生成すると、物標存在領域検出手段はエコー信号から物標の存在領域を検出する。物標定量検出手段は各エコー信号の強度関係をそのまま保持した定量データを検出する。定量データ合成手段は、検出した物標存在領域に対して定量データを適用させて出力する。これにより、物標の確実な検出とこの物標の定量の正確な検出とが同時に行われる。

また、この発明の超音波送受信装置は、物標の存在領域に対応する各定量データを積分して積算定量データを生成する積分処理手段と、積算定量データを用いて探知した物標の所定物理量データを推定演算する物理量演算手段とを、定量データ合成手段に備えたことを特徴としている。

この構成では、積分処理手段は各物標に対する積分により積算定量データを生成し、物理量演算手段は、積算定量データを用いて物標の大きさ（体積）等の物理量データを推定演算する。これにより、物標の正確な物理量、例えば、魚群の魚量等が正確に検出される。

また、この発明の超音波送受信装置は、各エコー信号を所定閾値で２値化する２値化回路を物標存在領域検出手段に備え、２値化回路の演算結果に、物標定量検出手段から出力される定量データを定量データ合成手段で合成することを特徴としている。

この構成では、物標存在領域検出手段の２値化回路が物標の存在領域を２値（例えば、、「０」、「１」）で検出する。定量データ合成手段は、この２値化により得られる物標存在領域に定量データを合成して出力する。これにより、物標の正確な検出とこの物標の定量の正確な検出とが同時に行われる。

また、この発明の超音波送受信装置は、定量データ合成手段で生成される各データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、定量データ合成手段から出力された各データ（総称して「探知データ」とする。）が表示手段により表示される。これにより、オペレータは表示画面を見ることで、物標存在領域とこの物標の定量とを認識する。

この発明によれば、物標の存在領域を確実に検出するとともに、略同時に、検出した物標の定量を正確に検出する超音波受信装置を構成することができる。例えば、所定の海域からの超音波エコーを受信し、魚群の存在領域と、検出した魚群の密度等を正確に検出および表示する超音波送受信装置を構成することができる。

また、この発明によれば、検出した物標の定量を積分することにより、より具体的な物標の物理量を検出する超音波送受信装置を構成することができる。例えば、所定の海域からの超音波エコーを受信し、魚群の存在領域と、検出した魚群の魚量等を正確に検出する超音波送受信装置を構成することができる。

また、この発明によれば、検出した物標存在領域、物標の定量や物理量を表示手段に表示することで、これらの情報をオペレータが識別しやすいように、容易に提供する超音波送受信装置を構成することができる。これにより、オペレータは、各情報を容易に認識することができる。

本発明の第１の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図１は本実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。
図２は本実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。図３は図２に示すデータ合成部１６の概略構成を示すブロック図である。
図４は本実施形態の超音波送受信装置により得られる表示画像の一例を示す図である。

本実施形態の超音波送受信装置は、送信部６、受信部１、Ｉ／Ｆ３、複数の送受波器４ａ〜４ｎ（ｎは１以上の自然数）、表示部２、操作部７、および、これらを含む装置全体を制御する制御部５を備える。

送信部６は、制御部５からの送信命令に従い、所定方向に送信ビームを形成するように、各送受波器４ａ〜４ｎに対応する送受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎ（図２参照）に対する送信制御データを生成してＩ／Ｆ３に出力する。Ｉ／Ｆ（インターフェース）３は、入力された送信制御データを送信タイミングにしたがって各送受波器４ａ〜４ｎに出力する。送受波器４ａ〜４ｎは、与えられた送信制御データに基づいて超音波パルス信号を生成して水中に送信する。

送受波器４ａ〜４ｎは、水中に存在する魚群等の物標で反射された超音波エコーを受信タイミングで受信してエコー信号を生成し、Ｉ／Ｆ３を介して受信部１に出力する。なお、送受波器４ａ〜４ｎの構造および受信動作は、図９に示した従来の超音波受信装置と同じであるので説明は省略する。

受信部１は、各送受波器４ａ〜４ｎで受信したエコー信号が入力されると、後述する処理により、予め設定した各種の探知データを生成して表示部２に出力する。ここで、探知データとは、魚群の存在するアドレスを示すアドレスデータや、魚群の反射強度を示す強度データ（定量データ）や、該強度データを積分して得られる魚量データ（物理量データ）等が存在する。

表示器２は、受信部１からの各種探知データに基づいて表示画像データを形成して、画面上に情報を表示する。例えば、表示器２は、入力される所定探知領域の強度データに対してレベルコンバージョンを行い、各強度データを色情報に変換する。次に、表示器２は、変換された色情報に基づいてカラールックアップテーブルを読み出し、表示画面上の各アドレスに対してカラー画像データを出力する。これを順次行うことにより、探知データが強度に応じたカラー画像として表示される。

受信部１は、物標領域検出部１０、定量データ検出部２０、データ合成部１６を備える。

物標領域検出部１０は、チャンネル数に応じたプリアンプ１１ａ〜１１ｎ、ＲｘＢＭＦ１２、検波回路１３、生成ビーム数に応じたポストアンプ１４ａ〜１４ｍ（ｍは１以上の自然数）、物標範囲抽出部１５を備える。

プリアンプ１１ａ〜１１ｎは、時間可変ゲインアンプ（ＴＶＧ）であり、Ｉ／Ｆ３を介して各送受波器４ａ〜４ｎにそれぞれ接続されている。プリアンプ１１ａ〜１１ｎは、各送受波器４ａ〜４ｎで生成されたチャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのエコー信号を入力し、超音波パルスが送信されたタイミングからの経過時間に応じてゲインを増加させながらチャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのエコー信号を増幅する。この際、プリアンプ１１ａ〜１１ｎは後述するＲｘＢＭＦ１２により形成される各ビームＢｅａｍ１ａ〜ＢｅａｍＭａ（ＭはＭ＝ｍとなる１以上の自然数）の各強度データが所定程度飽和するようなゲインでエコー信号を増幅する。ここで、所定程度とは、メインビームが飽和する程度、もしくはサイドローブが表示範囲に係らない程度とする。このゲインとしては、一般的に４０ｄＢ程度に設定されている。

ＲｘＢＭＦ１２はビームフォーマであり、入力されたｎチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータＢｅａｍ１ａ〜ＢｅａｍＭａを形成する。

検波回路１３は各受信ビームデータＢｅａｍ１ａ〜ＢｅａｍＭａを検波して、ビーム方位毎の強度データを生成する。

ポストアンプ１４ａ〜１４ｍは、各ビーム方位の強度データを所定ゲインでゲインコントロールして物標範囲抽出部１５に出力する。

物標範囲抽出部１５は、入力される各ビーム方位における距離方向アドレス毎の強度データに基づき、表示器２のレベルコンバージョンの表示閾値データを参照して、物標の存在するアドレスを検出する。すなわち、物標範囲抽出部１５は、レベルコンバージョンで物標が存在すると表示するように設定された強度データの最低値（閾値）を基準にして、入力された強度データが閾値以上であるアドレスを検出する。そして、物標範囲抽出部１５は、このアドレスにより指定される領域に基づき、物標存在領域データを、データ合成部１６のエコー積分部１６１に出力する。

定量データ検出部２０は、チャンネル数に応じたプリアンプ２１ａ〜２１ｎ、ＲｘＢＭＦ２２、検波回路２３、生成ビーム数に応じたポストアンプ２４ａ〜２４ｍを備える。

プリアンプ２１ａ〜２１ｎは、時間可変ゲインアンプ（ＴＶＧ）であり、Ｉ／Ｆ３を介して各送受波器４ａ〜４ｎにそれぞれ接続されている。プリアンプ２１ａ〜２１ｎは、各送受波器４ａ〜４ｎで生成されたチャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのエコー信号を入力し、超音波パルスが送信されたタイミングからの経過時間に応じてゲインを増加させながらチャンネルＣＨ１〜ＣＨｎのエコー信号を増幅する。この際、プリアンプ２１ａ〜２１ｎは後述するＲｘＢＭＦ１２によりビーム形成され、ポストアンプ２４ａ〜２４ｍで増幅される各ビームＢｅａｍ１ｂ〜ＢｅａｍＭｂの各強度データが飽和しない（不飽和になる）ようなゲインでエコー信号を増幅する。このゲインとしては、一般的に２０ｄＢ程度以下に設定されている。

ＲｘＢＭＦ２２はビームフォーマであり、ＲｘＢＭＦ１２と同様に、入力されたｎチャンネルのエコー信号の位相とウェイトとを制御して合成することで、予め設定した複数の方位にペンシルビーム型の受信ビームデータＢｅａｍ１ｂ〜ＢｅａｍＭｂを形成する。なお、これらＲｘＢＭＦ１２，２２は全く同じ動作を行う。

検波回路２３は各受信ビームデータＢｅａｍ１ｂ〜ＢｅａｍＭｂを検波して、ビーム方位毎の強度データを生成する。この際、検波回路２３は、検波設定レベルが異ならせるだけで、基本的な検波処理は検波回路１３と同じである。

ポストアンプ２４ａ〜２４ｍは、各ビーム方位の強度データを飽和させないように所定ゲインでゲインコントロールして、定量データとしてデータ合成部１６のエコー積分部１６１に出力する。

データ合成部１６は、エコー積分部１６１、魚量算出部１６２を備える。
エコー積分部１６１は、物標範囲抽出部１５から得られるアドレスデータに基づき、指定アドレスに対応する各アドレスの定量データを既知の方法で３次元積分して積分定量データを生成し、魚量算出部１６２に出力する。魚量算出部１６２は、入力された積分定量データから既知の方法で魚量データや、魚群の大きさや体積を表すデータを算出して表示器２に出力する。なお、データ合成部１６は、探知領域内に複数の物標存在領域が検出されていれば、それぞれに対してエコー積分部１６１および魚量算出部１６２で処理演算を行い、魚群の存在位置や魚量等の詳細な数値データを算出する。

また、データ合成部１６は、物標領域検出部１０で得られた各ビーム方位における距離方向のアドレス毎の強度データを表示器２に出力する。

表示器２は、表示画面上に探知データを表示する探知情報表示エリア２０１と、魚量等の数値データを表示する詳細情報表示エリア２０２とを表示する構成からなる。表示器２は、受信部１のデータ合成部１６から、各ビーム方位における距離方向のアドレス毎の強度データが入力されると、前述のようにレベルコンバージョンとカラールックアップテーブルとを用いて表示画像を形成して探知情報表示エリア２０１に表示する。このような処理を行うことで、図４に示すように魚群が表示される。同時に、表示器２は、データ合成部１６の魚量算出部１６２から入力された魚量データ等の数値データを詳細情報表示エリア２０２に表示する。この際、表示器２は、検出された魚群が複数あれば、それぞれを探知情報表示エリア２０１、詳細情報表示エリア２０２に表示する。そして、操作部７により、図４の指定枠２１０のように特定の魚群が指定されると、指定された領域の数値データのみを表示したり、強調表示する等の処理を行う。

このような構成とすることで、表示画面上には、探知領域内の他の部分と明確に識別されて魚群が表示されるとともに、同時にこの魚群の魚量等の詳細な情報が表示される。これにより、オペレータは確実に魚群を認識することができるとともに、この魚群の詳細な情報を正確に把握することができる。

ここで、前述のエコー積分について、より具体的に複数の実施例を用いて説明する。
図５〜図１４はエコー積分の実施例を示す各種説明図である。

まず、エコー積分の第１実施例について図５を参照して説明する。
図５は超音波のビームが船体８０の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上とを走査した場合のモデル図である。

図５に図示されるように、超音波のビームは、トランスデューサ２から海水中の２方向に向けて送信される。即ち、船体７の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上を走査しつつｘｚ平面に対する角度φを変化させる方向、及びｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上を走査しつつｘｙ平面に対する角度θを変化させる方向である。

超音波のビームが二次元の仮想傘型面Ｈ１及び仮想の鉛直平面Ｈ２上を走査して受信ビームの入力換算音響強度ＰM2が得られた場合、尾量算出原理及び疑似積層法に基づいて魚群内の尾量の概数を算出することができる。
ここで、疑似積層法について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照しつつ説明する。

図６（ａ）は、船体８０の周囲に形成される二次元の仮想傘型面Ｈ１上とｘｙ平面に対して直交する仮想の鉛直平面Ｈ２上とにおける魚群ＦＳの断面を示した図である。超音波ビームは、この傘型面Ｈ１及びｘｙ平面に対して直交する鉛直平面Ｈ２に沿う方向に送受信される。また、図６（ｂ）は、疑似積層法を示す概念図である。

図６（ａ）に図示されるように、仮想傘型面Ｈ１及び仮想鉛直平面Ｈ２の両方における魚群ＦＳの断面をトレースし、各面における非楕円モデルＳ_H，Ｓ_Vを作成する。次に、仮想鉛直平面Ｈ２における非楕円モデルＳ_Vを、仮想傘型面Ｈ１に沿って拡大／縮小コピーすることによって、非楕円モデルＳ_V１，Ｓ_V２・・・を作成し、擬似的な三次元データを構築する。コピーする際の尺度は、非楕円モデルであるＳ_HとＳ_Vとが交差する線Ｌに沿った入力音響強度Ｐ_M ²の積分値と、この線Ｌを傘型面Ｈ１上において原点Ｏ（図５参照）を中心として角度φの大小方向（即ち、ｊ方向）に移動させた非楕円モデルＳH上の線Ｌ１（Ｌ２・・・）に沿った入力換算音響強度Ｐ_M ²の積分値との比によって決められる（図８（ｂ）参照）。即ち、図６（ｂ）において、非楕円モデルＳ_V１は、非楕円モデルＳ_Vを非楕円モデルＳ_Hに沿って原点Ｏを中心として移動させ、非楕円モデルＳ_Hと移動させた非楕円モデルＳ_Vとが交差する線に沿った入力換算音響強度Ｐ_M ²の積分値がＬ１に沿った入力換算音響強度Ｐ_M ²の積分値となるように、非楕円モデルＳ_Vが縮小されたモデルである。同様にして、非楕円モデルＳ_V２が作成される。
次に、エコー積分の第２実施例について図７を参照して説明する。
図７は垂直円筒座標系のモデル図である。図７において、船体８０は、ｙｚ平面上に超音波のビームを走査させつつｘ軸の正方向に向けて走行している。
このモデルにおいて、１つのビームから得られる入力換算音響強度Ｐ_M ²は、ビームの方向θ、距離ｒ，ｘから得られる。この入力換算音響強度Ｐ_M ²に対してｒ方向、θ方向、ｘ方向に連続的に取得して予め設定した定数条件を用い積分を行うことで、円筒モデルのエコー積分が行われる。

次に、エコー積分の第３実施例について図８を参照して説明する。
図８は、上下斜め円筒座標系のモデル図である。図８において、船体８０は、スラント面Ｈ１上に超音波のビームを走査させつつｘ軸の正方向に向けて走行している。なお、「スラント面Ｈ１」とは、ｙ軸とｚ軸に対してｘ軸の正方向に向けて所定の角度ｑで交差するｘｚ平面上のｗ軸（下方軸）とを含む仮想の平面をいう。このモデルでは、上下斜め方向に円筒座標系を取るので、第２実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。

次に、エコー積分の第４実施例について図９を参照して説明する。
図９は左右斜め円筒座標系のモデル図である。図９において、船体８０は、斜め垂直面Ｈ２上に超音波のビームを走査させつつｘ軸の正方向に向けて走行している。このモデルでは、左右斜め方向に円筒座標系を取るので、第３実施例と同様に第２実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。

次に、エコー積分の第５実施例について図１０を参照して説明する。
図１０は上下左右斜め円筒座標系のモデル図である。図１０において、船体８０は、斜めスラント面Ｈ３上に超音波のビームを走査させつつｘ軸の正方向に向けて走行している。このモデルでは、上下左右斜め方向に円筒座標系を取るので、第３、第４実施例と同様に第２実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。

次に、エコー積分の第６実施例について図１１を参照して説明する。
図１１は傘型面水平移動座標系のモデル図である。図１１において、船体８０は、船体８０の周囲に形成される仮想の傘型面Ｈ４上に超音波のビームを走査させつつｘ軸の正方向に向けて走行している。このモデルでも、第３、第４、第５実施例と同様に第２実施例の垂直円筒モデルの座標系をこのモデルの座標系に応用することで、円筒モデルとしてエコー積分が行われる。

なお、前述のエコー積分の各実施例では、楕円モデルおよび円筒モデルを例に説明したが、図１２〜図１４に示すような第７実施例〜第９実施例のモデルでもエコー積分を行うことができる。

図１２は超音波のビームがｘ軸とｚ軸とを含む仮想の鉛直平面Ｈ５上を走査しつつ、走査面である鉛直平面Ｈ５がｙ軸を中心として反時計回りに回転するように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示した図である。図１２において、超音波のビームは、鉛直平面Ｈ５上でｘ軸に対する角度（ｘｙ平面に対する角度）θを変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、ｚ軸を中心として鉛直平面Ｈ５が回転するように（即ちｘｚ平面に対する角度φが変化するように）、超音波ビームの送信方位が変更されている。

図１３は超音波のビームが船体８０の周囲に形成される仮想の傘型面Ｈ６上を走査しつつ、走査面である傘型面Ｈ６がｘｙ平面に対する角度θを変えるように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示す図である。

図１４は超音波のビームがスラント面Ｈ７上を走査しつつ、走査面であるスラント面Ｈ７がｙ軸を中心として揺動するように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデルを示した図である。なお、「スラント面Ｈ７」とは、第３実施例で説明したスラント面Ｈ１と同義であって、ｙ軸とｚ軸に対してｘ軸の正方向に向けて所定の角度ｑで交差するｘｚ平面上のｗ軸とを含む仮想の平面をいう。なお、トランスデューサの形状は球形とする。図１４において、超音波のビームは、スラント面Ｈ７上でｙ軸に対する角度θ4を変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、ｙ軸を中心としてスラント面Ｈ７が揺動するように（即ち、ｚ軸に対してｘ軸の正方向に向けて交差する角度ｑが変化するように）、超音波ビームの送信方位が変更されている。
このような方法でもエコー積分を行うことができる。

なお、前述のエコー積分の各実施例は、主に３次元積分について説明したが、３次元積分のみならず、水平面、垂直面等の２次元積分を用いて魚量等を算出することもできる。

また、前述のエコー積分の各実施例では、送受波器が配置されるトランスデューサの形状は、仕様に応じて球形または円筒形を選択することができる。

次に、第２の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図１５は本実施形態の超音波送受信装置の受信部１の概略構成を示すブロック図である。図１６は本実施形態の超音波送受信装置のデータ合成部１６の概略構成を示すブロック図である。

また、図１７（Ａ）は、受信部１の物標領域検出部１０から出力される２値化データを表示器２の表示画面に出力した場合の画面を示す図であり、図１７（Ｂ）は受信部１の定量データ検出部２０から出力される定量データを表示器２の表示画面に出力した場合の画面を示す図である。そして、図１８は、本実施形態の超音波送受信装置の表示画面を示した図である。

なお、本実施形態に示す超音波送受信装置は、受信部２の物標領域検出部１０およびデータ合成部１６、表示器２を除き、第１の実施形態に示した超音波受信装置と同じであり、同じ部分の説明は省略する。

物標領域検出部１０は、チャンネル数に応じたプリアンプ１１ａ〜１１ｎ（ｎは１以上の自然数）、ＲｘＢＭＦ１２、検波回路１３、生成ビーム数に応じたポストアンプ１４ａ〜１４ｍ（ｍは１以上の自然数）、２値化回路１７を備える。プリアンプ１１ａ〜１１ｎ、ＲｘＢＭＦ１２、検波回路１３、生成ビーム数に応じたポストアンプ１４ａ〜１４ｍ、は第１の実施形態と同じ構成および動作であるので説明は省略する。

２値化回路１７は、表示器２のレベルコンバージョンで設定される物標の存在を示す閾値に基づき、入力される各強度データが、この閾値よりも高いか低いかを検出する。そして、２値化回路１７は、強度データが閾値以上であれば、物標の存在を意味するＨｉレベルデータ「１」を出力する。一方、２値化回路１７は、強度データが閾値よりも低ければ、物標の存在が無いことを意味するＬｏｗレベルデータ「０」を出力する。これらのレベルデータを用いて表示器２に表示した場合、図１７（Ａ）に示すように、表示画面２００には、物標存在エリア２１１が他の領域と明確に識別された画像が表示される。しかしながらこの画像では物標（魚群）の定量、物理量（魚量等）は識別できない。

一方、定量データ検出部２０から出力される定量データを用いて表示器２に表示した場合、図１７（Ｂ）に示すように、表示画面２００には、各超音波エコーの強度差に準じた定量的な画像からなる物標存在エリア２１２が表示される。しかしながら、この画像では物標（魚群）の境界は識別できない。

データ合成部１６は、各ビームに対応する数の乗算器１６３ａ〜１６３ｍ（ｍは１以上の自然数）を備える。
各乗算器１６３ａ〜１６３ｍは、２値化回路１７から入力されるレベルデータと、定量データ検出部２０から入力される定量データとを乗算する。この際、データ合成部１６は、乗算されるレベルデータと定量データとでアドレスが一致するように整合する。このような処理を行うことで、データが存在するＨｉレベルデータのアドレスには定量データが与えられ、データ存在しないＬｏｗレベルデータのアドレスには定量データが与えられない。すなわち、物標領域検出部１０により物標が検出されたアドレスにのみ定量データが与えられる。そして、データ合成部１６はこのような演算処理を行ったデータを探知データとして表示器２に出力する。

表示器２は、入力された探知データを用いて、前述のようにレベルコンバージョンで色情報に変換し、カラールックアップテーブルを参照してカラー画像を出力する。この際、データ合成部１６からは物標存在領域（アドレス）のみ定量データが入力されるので、図１８に示すように、物標存在エリア２１３のみを定量データに基づきグラデーションさせながら、他部と区別して表示することができる。これにより、オペレータは１つの表示で物標の存在領域と、該当する存在領域に存在する物標の量、例えば、魚群の存在領域と魚量と同時に認識することができる。

なお、図１８では、魚群が１つの場合を示したが、探知領域に複数の魚群が存在する場合には、それぞれの魚群の位置と魚量とが表示される。これにより、オペレータは、１つの探知画像表示を見れば、複数の魚群の位置と、各魚群の大小関係を即座に且つ確実に認識することができる。

また、前述の各実施形態では、探知領域に対して所定角下方の水平方向の探知画像を表示する例を示したが、垂直方向の探知画像を表示する超音波送受信装置や、水平方向と垂直方向とを同時に表示する超音波送受信装置についても前述の構成を適用することができる。

次に、第３の実施形態に係る超音波送受信装置について図を参照して説明する。
図１９は本実施形態の超音波受信装置の受信部１の構成を示すブロック図である。また、図２０は図１９に示す受信部から出力されるデータを用いたデータ処理装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の超音波送受信装置の受信部１は、第１の実施形態に示した受信部１から物標範囲抽出部１５およびデータ合成部１６を取り除き、新たにデータ通信制御部１８を備えたものであり、ポストアンプ１４ａ〜１４ｍから出力された強度データおよび、ポストアンプ２４ａ〜２４ｍから出力された定量データがデータ通信制御部１８に入力され、データ通信制御部１８から外部に出力される。

超音波送受信装置の受信部１のデータ通信制御部１８から出力された各データは、例えばハードディスク（ＨＤ）からなるデータ記憶部８に記憶される。この記憶された各データはＰＣ等から成るデータ処理装置９に読み出され、データ処理装置９は、この読み出したデータを用いて各種のデータ処理を行う。このデータ処理装置９の行う処理により得られるデータとしては、海底底質や魚量等であり、超音波探知信号により得られる情報であれば処理することができる。

このような構成とすることで、多量の強度データおよび定量データを一時記憶しておき、各種の探知情報を処理演算して取得することができる。

なお、前述の各実施形態は超音波送受信装置を例に説明したが、探知信号を用いて探知領域内の物標を探知する装置であれば、前述の構成を適用することができる。

第１の実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図 第１の実施形態の超音波送受信装置の構成を示すブロック図 図２に示すデータ合成部１６の概略構成を示すブロック図 第１の実施形態の超音波送受信装置により得られる表示画像の一例を示す図 エコー積分の第１実施例の説明図 疑似積層法の説明図 エコー積分の第２実施例の説明図 エコー積分の第３実施例の説明図 エコー積分の第４実施例の説明図 エコー積分の第５実施例の説明図 エコー積分の第６実施例の説明図 エコー積分の第７実施例の説明図 エコー積分の第８実施例の説明図 エコー積分の第９実施例の説明図 第２の実施形態の超音波送受信装置の受信部１の概略構成を示すブロック図 第２の実施形態の超音波送受信装置のデータ合成部１６の概略構成を示すブロック図 受信部１の物標領域検出部１０から出力される２値化データを表示器２の表示画面に出力した場合の画面を示す図、および、受信部１の定量データ検出部２０から出力される定量データを表示器２の表示画面に出力した場合の画面を示す図 第２の実施形態の超音波送受信装置の表示画面を示した図 第３の実施形態の超音波受信装置の受信部１の構成を示すブロック図 図１９に示す受信部から出力されるデータを用いたデータ処理装置の構成を示すブロック図 一般的な従来の超音波送受信装置の概略構成を示したブロック図 プリアンプ１１１ａ〜１１１ｎにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図、および、それぞれ図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の場合の表示画面を示す概略図 ポストアンプ１１４ａ〜１１４ｍにおけるエコー信号のゲイン変化による各ビーム方位の強度データの変化を示した図、および、それぞれ図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の場合の表示画面を示す概略図

符号の説明

１−受信部、１０−物標領域検出部、１１ａ〜１１ｎ−プリアンプ、１２−ＲｘＢＭＦ、１３−検波回路、１４ａ〜１４ｍ−ポストアンプ、１５−物標範囲抽出部、１６−データ合成部、１６１−エコー積分部、１６２−魚量算出部、１６３ａ〜１６３ｍ−乗算器、１７−２値化回路、１８−データ通信制御部、２０−定量データ検出部、２１ａ〜２１ｎ−プリアンプ、２２−ＲｘＢＭＦ、２３−検波回路、２４ａ〜２４ｍ−ポストアンプ、２−表示部、３−Ｉ／Ｆ、４ａ〜４ｎ−送受波器、４１ａ〜４１ｎ−振動子、４２ａ〜４２ｎ−アンプ、４３ａ〜４３ｎ−ＡＤ変換器、５−制御部、６−送信部、７−操作部、８−データ記憶部、９−データ処理部、１０１−受信部、１１１ａ〜１１１ｎ−プリアンプ、１１２−ＲｘＢＭＦ、１１３−検波回路、１１４ａ〜１１４ｍ−ポストアンプ、１０２−表示器、１０３−Ｉ／Ｆ、１０４ａ〜１０４ｎ−受波器、１４１ａ〜１４１ｎ−振動子、１４２ａ〜１４２ｎ−アンプ、１４３ａ〜１４３ｎ−ＡＤ変換器、２００−表示画面、２０１−探知情報表示エリア、２０２−詳細情報表示エリア、２１０−指定枠、２１１−物標存在エリア、２１２−物標存在エリア、２１３−物標存在エリア

Claims (4)

1. 探知領域に送信する超音波探知信号の生成制御を行う送信手段と、
   前記超音波探知信号を探知領域に送波し、該探知領域からの超音波エコーを受波して電気的なエコー信号に変換する複数の送受波器と、
   各送受波器からのエコー信号を増幅し、複数の受信ビームを形成する物標存在領域検出用ビーム形成手段と、
   該物標存在領域検出用ビーム形成手段から出力される前記複数の受信ビームの距離方向の強度データから前記探知領域内の物標の存在領域を検出する物標存在領域検出手段と、
   各受波器からのエコー信号を増幅し、各エコー信号の定量関係を維持した複数の受信ビームを形成する物標定量検出用ビーム形成手段と、
   該物標定量検出用ビーム形成手段から出力される前記複数の受信ビームの距離方向の強度データから前記探知領域内の物標の定量データを検出する物標定量検出手段と、
   前記物標存在領域検出手段で検出した物標存在領域に、前記物標定量検出手段で検出した物標の定量データを合成する定量データ合成手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波送受信装置。
2. 前記定量データ合成手段は、前記物標の存在領域に対応する各定量データを積分して積算定量データを生成する積分処理手段と、
   前記積算定量データを用いて探知した物標の所定物理量データを推定演算する物理量演算手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
3. 前記物標存在領域検出手段は各エコー信号を所定閾値で２値化する２値化回路を備え、
   前記定量データ合成手段は、前記２値化回路の演算結果に、前記定量データ増幅手段から出力される定量データを合成する請求項１に記載の超音波送受信装置。
4. 前記定量データ合成手段で生成される各データを表示する表示手段を備えた請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超音波送受信装置。

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