JP4810810B2 - Sonar method and underwater image sonar - Google Patents

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、水中画像ソーナーに関し、特に送波音が目標に当って発生する反射音を周波数分別することにより、ターゲットの正面画像を得る水中画像ソーナーに関する。   The present invention relates to an underwater image sonar, and more particularly to an underwater image sonar that obtains a front image of a target by frequency-separating reflected sound generated when a transmitted sound hits a target.

従来のこの種の水中画像ソーナーは、送波音を水中に発信するN個の直線状に配列された送波器に対して、水中の目標から反射した反射音を受波するM個の受波器が、送波器の配列とは十字形となるように直交配列されている。   This type of conventional underwater image sonar has M receiving waves that receive reflected sound reflected from an underwater target with respect to N linearly arranged transmitters that transmit the transmitted sound underwater. The transducers are arranged orthogonally so as to form a cross shape with the arrangement of the transmitters.

また、この従来技術の動作は、所定の時間にわたって送信音の周波数を所定の範囲で直線的に変化させると共に、同じ所定の時間にわたって送信ビーム方向を所要の範囲で直線的に垂直方向に変化させることとしている。すなわち、横広の扇を広げた音響ビーム(ファンビーム)を上から下へ送出方向を変えながら音響信号を送波して、ターゲットからの反射音を、水平方向に角度をシフトした多数の縦広のファンビームで受波する。垂直方向は周波数の違いから分割し、水平方向は受信ビームの角度で分割することにより高精度の画像を作り出している。(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, this prior art operation linearly changes the frequency of the transmission sound over a predetermined time in a predetermined range, and also changes the direction of the transmission beam linearly in the predetermined range over the same predetermined time. I am going to do that. In other words, an acoustic signal (fan beam) that spreads a wide fan is sent from the top to the bottom while changing the direction of transmission, and the acoustic signal is transmitted, and the reflected sound from the target is converted into a number of vertical lines that are shifted in angle in the horizontal direction. Receive with a wide fan beam. The vertical direction is divided based on the difference in frequency, and the horizontal direction is divided based on the angle of the received beam, thereby producing a highly accurate image. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、鮮明な画像を得るために、受信ビームの本数を増加することが必要とされ、従って受信信号の処理が増加し、よってCPU(DSP)処理時間が増大することとなる。また、消費電力が増大するという問題もある。   However, in order to obtain a clear image, it is necessary to increase the number of reception beams, so that the processing of the reception signal increases, and thus the CPU (DSP) processing time increases. There is also a problem that power consumption increases.

特開平10−132930号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-132930

上述した従来の水中画像ソーナーは、鮮明な画像を得るために、受信ビームの本数を増加する必要があることから、受信信号の処理が増加し、処理時間が増大するという欠点がある。   The conventional underwater image sonar described above has a drawback in that the number of received beams needs to be increased in order to obtain a clear image, so that processing of received signals increases and processing time increases.

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去するため、周波数帯の異なる直交配列の送波器で送波し、各周波数帯別に受波した周波数をマトリックス状にデマッピングして受信ビーム方向とすることにより、受信ビーム数を減らし、データ処理量を削減して高速な処理が可能な水中画像ソーナーを提供することにある。   An object of the present invention is to remove such conventional drawbacks by transmitting signals with orthogonally arranged transmitters having different frequency bands, demapping the received frequencies for each frequency band in a matrix, and receiving beams. It is an object to provide an underwater image sonar capable of high-speed processing by reducing the number of received beams and reducing the amount of data processing.

本発明のソーナー方法は、直線状に直交配列された複数の送波器を有し、各配列に異なる周波数帯を割り当て、送信ビーム方向の切り替えと同期してマトリックス状にマッピングした周波数にて音響信号を送波し、ターゲットから反射した前記音響信号を各周波数帯に対応する受波器で受波し、受波した周波数の組み合わせを各周波数帯に基づいて直交座標にデマッピングして受信ビーム方向を認識することを特徴としている。   The sonar method of the present invention has a plurality of transmitters arranged linearly and orthogonally, assigns different frequency bands to each array, and performs acoustics at frequencies mapped in a matrix in synchronization with switching of the transmission beam direction. A signal is transmitted, the acoustic signal reflected from the target is received by a receiver corresponding to each frequency band, and a combination of the received frequencies is demapped to orthogonal coordinates based on each frequency band to receive a beam. It is characterized by recognizing directions.

また、本発明のソーナー方法は、直線状に直交配列された複数の送波器を有し、各配列に異なる周波数帯を割り当て、送信ビーム方向の切り替えと同期してマトリックス状にマッピングした周波数にて音響信号を送波し、ターゲットから反射した前記音響信号を各周波数帯に対応する受波器で受波し、受波した周波数の組み合わせを各周波数帯に基づいて直交座標にデマッピングし、前記受波した周波数を各周波数帯間でそれぞれ乗算し、乗算した結果の周波数成分の大きさに基づいて重み付けし、デマッピングによる受信ビーム方向と重み付け結果とより前記ターゲットの画像を得ることを特徴としている。   In addition, the sonar method of the present invention has a plurality of transmitters arranged linearly and orthogonally, assigns different frequency bands to each array, and maps frequencies in a matrix in synchronization with switching of the transmission beam direction. The acoustic signal is transmitted, the acoustic signal reflected from the target is received by a receiver corresponding to each frequency band, and the combination of the received frequencies is demapped to orthogonal coordinates based on each frequency band, The received frequency is multiplied between each frequency band, weighted based on the magnitude of the frequency component as a result of multiplication, and the target image is obtained from the received beam direction and weighted result by demapping. It is said.

また、前記複数の送波器は、水平/垂直方向の各1列から成るクロスファンビーム方式とすることを特徴としている。   The plurality of transmitters may be of a cross fan beam system composed of one row in each horizontal / vertical direction.

また、前記受波器は、各周波数帯に対応する2つの無指向性受波器で構成されることを特徴としている。   Moreover, the said receiver is comprised by two omnidirectional receivers corresponding to each frequency band, It is characterized by the above-mentioned.

また、前記重み付けは、前記周波数成分の大きさに基づいた、単一色の濃淡または多色組み合わせであることを特徴としている。   Further, the weighting is characterized by a single color shading or multicolor combination based on the size of the frequency component.

また、本発明の水中画像ソーナーは、水中に送波音を放射する複数の送波手段と、前記複数の送波手段から放射される前記送波音の送信ビーム方向を走査すると共に、該走査に同期して該送波音の周波数を漸次連続的に制御する制御手段と、前記送波音がターゲットにより反射されて得られた反射音を受波して電気信号に変換する2つの受波手段と、前記2つの受波手段から出力されたそれぞれの信号を乗算する乗算手段と、前記乗算手段から出力された周波数を分別し、各分別された周波数成分毎にレベルを検出する周波数分別手段と、各分別された周波数と検出されたレベルとから画像データを生成する目標検出処理手段と、前記画像データを表示する表示手段と、を有することを特徴としている。   The underwater image sonar according to the present invention scans a plurality of transmission means for radiating a transmission sound underwater, and a transmission beam direction of the transmission sound radiated from the plurality of transmission means, and is synchronized with the scanning. Control means for controlling the frequency of the transmitted sound gradually and continuously, two receiving means for receiving the reflected sound obtained by reflecting the transmitted sound by a target and converting it into an electrical signal, Multiplication means for multiplying the respective signals output from the two receiving means, frequency separation means for classifying the frequencies output from the multiplication means, and detecting the level for each classified frequency component, and each classification And a target detection processing unit that generates image data from the detected frequency and the detected level, and a display unit that displays the image data.

また、前記送波手段は、直線状に直交配列された複数の送波器より構成され、水平方向と垂直方向で異なる周波数帯が割り当てられたことを特徴としている。   Further, the wave transmitting means is composed of a plurality of wave transmitters arranged orthogonally in a straight line, and is characterized in that different frequency bands are assigned in the horizontal direction and the vertical direction.

また、前記送波手段は、送信ビーム方向の切り替えと同期してマトリックス状にマッピングした周波数にて音響信号を送波することを特徴としている。   The transmission means transmits acoustic signals at frequencies mapped in a matrix in synchronization with switching of the transmission beam direction.

また、前記受波手段は、各周波数帯に対応する2つの無指向性受波器で構成されることを特徴としている。   Further, the wave receiving means is characterized by comprising two omnidirectional wave receivers corresponding to each frequency band.

また、前記画像データは、周波数成分毎に検出されたレベルに基づいた、単一色の濃淡または多色組み合わせより得られることを特徴としている。   The image data may be obtained from a single color shading or a multicolor combination based on a level detected for each frequency component.

本発明のソーナー方法及び水中画像ソーナーによれば、周波数帯の異なる直交配列の送波器で送波し、各周波数帯別に受波した周波数をマトリックス状にデマッピングして受信ビーム方向とすることにより、受信ビーム数を減らし、データ処理量を削減することができる効果がある。   According to the sonar method and the underwater image sonar of the present invention, signals are transmitted by transmitters of orthogonal arrangements having different frequency bands, and the received frequencies for each frequency band are demapped in a matrix form to obtain a reception beam direction. As a result, the number of received beams can be reduced and the amount of data processing can be reduced.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の水中画像ソーナーの一つの実施の形態を示すブロック図である。図1(a)は送信部を、図1(b)は受信部をそれぞれ示している。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the underwater image sonar of the present invention. FIG. 1A shows a transmission unit, and FIG. 1B shows a reception unit.

図1に示す本実施の形態の水中画像ソーナーは、その送信部が送信制御部1、ビームシフト2、電力増幅部3および送波器4を含んで構成されている。また、受信部が受波器5、前置増幅部6、帯域制限部7、A/D変換部8、乗算器9、帯域制限器10、FFT(Fast Fourier Transform)11および目標検出部12を含んで構成されている。   The underwater image sonar of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a transmission unit including a transmission control unit 1, a beam shift 2, a power amplification unit 3, and a transmitter 4. The receiving unit includes a receiver 5, a preamplifier 6, a band limiter 7, an A / D converter 8, a multiplier 9, a band limiter 10, an FFT (Fast Fourier Transform) 11, and a target detector 12. It is configured to include.

次に、本発明を実施するための最良の形態の動作について図面を参照して説明する。まず、送信部について説明する。   Next, the operation of the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. First, the transmission unit will be described.

送信制御部1は、異なる周波数帯(F帯域、f帯域)の周波数変調信号101(励振信号)を生成してビームシフト2に出力するとともに、ビームシフト2に対して位相シフト量を制御する位相制御信号102を出力する。この位相シフト量は、送信ビーム方向が切り替えられる都度、送信周波数の可変ステップと合わせて所要の送信ビーム方向が得られるように設定される。   The transmission control unit 1 generates a frequency modulation signal 101 (excitation signal) in different frequency bands (F band, f band) and outputs it to the beam shift 2, and also controls the phase shift amount with respect to the beam shift 2. A control signal 102 is output. This phase shift amount is set so that the required transmission beam direction can be obtained together with the variable step of the transmission frequency every time the transmission beam direction is switched.

ビームシフト2は、送信制御部1から励振信号101と位相制御信号102とを入力し、送波素子の配列数に相当する各移相器(X方向x1〜xi、Y方向y1〜yj)に対して、送信ビーム方向を定めるための位相制御を行い、位相制御された信号201のそれぞれを電力増幅部3に送出する。   In the beam shift 2, the excitation signal 101 and the phase control signal 102 are input from the transmission control unit 1, and each phase shifter (X direction x1 to xi, Y direction y1 to yj) corresponding to the number of transmitting elements is arranged. On the other hand, phase control for determining the transmission beam direction is performed, and each of the phase-controlled signals 201 is sent to the power amplifying unit 3.

電力増幅部3は、位相制御された信号201のそれぞれを所定のレベルまで増幅し、送波器4を構成する送波素子のそれぞれに送信波形301を送出する。   The power amplifying unit 3 amplifies each of the phase-controlled signals 201 to a predetermined level, and sends a transmission waveform 301 to each of the transmission elements constituting the transmitter 4.

送波器4は、X(水平)方向およびY(垂直)方向に配列された送波素子(X方向x1〜xi、Y方向y1〜yj)を備え、送信波形301をそれぞれ音響信号に変換して、X方向配列およびY方向配列の各送波素子に供給する。各配列素子は、X方向およびY方向に送信ビーム方向がそれぞれ制御されることにより、2次元空間において所定の走査手順に基づく送信ビーム方向で送信音(音響信号)401を水中に放射する。すなわち、これら複数の送波器は、水平/垂直方向の各1列から成るクロスファンビーム方式として構成されている。   The transmitter 4 includes transmission elements (X direction x1 to xi, Y direction y1 to yj) arranged in the X (horizontal) direction and the Y (vertical) direction, and converts the transmission waveform 301 into an acoustic signal. Are supplied to the transmitting elements in the X direction array and the Y direction array. Each array element radiates transmission sound (acoustic signal) 401 into the water in the transmission beam direction based on a predetermined scanning procedure in a two-dimensional space by controlling the transmission beam direction in the X direction and the Y direction, respectively. That is, the plurality of transmitters are configured as a cross fan beam system composed of one row in each horizontal / vertical direction.

次に、受信系について説明する。受波器5は、送波された音響信号401がターゲットから反射し、帰ってきた反響音をF帯域用、f帯域用各々の受信用の受波素子51、52で受信し、それぞれ電気信号501に変換する。   Next, the receiving system will be described. The receiver 5 receives the reverberant sound reflected by the transmitted acoustic signal 401 from the target by the receiving elements 51 and 52 for reception in the F band and the f band, respectively, and receives the electric signal. Convert to 501.

前置増幅部6は、電気信号501のそれぞれを所定のレベルまで増幅した波形601を出力する。   The preamplifier 6 outputs a waveform 601 obtained by amplifying each of the electric signals 501 to a predetermined level.

帯域制限部7は、入力された波形601を、F帯域用またはf帯域用のフィルタ71、72によりそれぞれの信号帯域を抽出してA/D変換部8に送出する。   The band limiting unit 7 extracts the respective signal bands of the input waveform 601 using the filters 71 and 72 for the F band or the f band, and sends them to the A / D conversion unit 8.

A/D変換部8は、アナログ信号701をデジタル信号801に変換する。   The A / D conversion unit 8 converts the analog signal 701 into a digital signal 801.

乗算器9は、F帯域とf帯域との各周波数信号を乗算した信号901を出力する。   The multiplier 9 outputs a signal 901 obtained by multiplying the frequency signals of the F band and the f band.

帯域制限器10は、乗算器9から出力された信号901に含まれる、高域の|F+f|帯域および低域の|F−f|帯域から、例えばハイパスフィルタを用いて高域の信号1001のみを取り出す。ここで、|F−f|は、F−fの絶対値を示し、仮にF〈fの関係の場合には、低域のf−F帯域となる。   The band limiter 10 uses only a high-frequency signal 1001 using, for example, a high-pass filter from the high-frequency | F + f | band and the low-frequency | F−f | band included in the signal 901 output from the multiplier 9. Take out. Here, | F−f | indicates the absolute value of F−f, and in the case of the relationship of F <f, it becomes a low-frequency f−F band.

FFT11は、帯域制限器10から出力された高域の信号1001より、周波数成分を分別する。   The FFT 11 separates frequency components from the high frequency signal 1001 output from the band limiter 10.

目標検出部12は、入力されたデータ1101より、分別された各周波数成分のレベルに応じて重み付けし、色もしくは濃淡情報に変換する。また、各周波数成分がF帯域およびf帯域のいずれの組み合わせかに基づいて、マトリックス状に配列し画像を生成する。生成された画像は、図示しない表示器(表示手段)により表示される。   The target detection unit 12 weights the input data 1101 according to the level of each separated frequency component, and converts it into color or shade information. Further, an image is generated by arranging in a matrix based on whether each frequency component is a combination of the F band and the f band. The generated image is displayed by a display (display means) (not shown).

以上の構成により、送信側では、直線状に直交配列された送波器を用いて、送信ビーム方向と2つの異なる周波数帯の組周波数とをマトリックス状にマッピングして音響信号を送波する。また、受信側では、各周波数帯別に受波した周波数をマトリックス状にデマッピングして受信ビーム方向を認識する。したがって、受信側では、複数の受信ビームを生成する必要がないため、受信ビームの指向性合成などの受信処理量およびFFT処理量が減少し、CPU(DSP)の負荷を低減することができる。   With the above configuration, on the transmission side, the acoustic signals are transmitted by mapping the transmission beam direction and the set frequencies of two different frequency bands in a matrix using the transmitters arranged linearly and orthogonally. On the receiving side, the received beam direction is recognized by demapping the received frequencies for each frequency band in a matrix. Therefore, since it is not necessary to generate a plurality of reception beams on the reception side, the reception processing amount such as directivity synthesis of the reception beam and the FFT processing amount are reduced, and the load on the CPU (DSP) can be reduced.

次に、本実施の形態の動作を具体的に説明する。図2は、図1に示す送信器4および受波器5を構成する送波素子および受波素子の配列の一例を示す模式図である。図3は、送信ビームの走査方向を説明するための図である。   Next, the operation of the present embodiment will be specifically described. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of the transmitting elements and the receiving elements constituting the transmitter 4 and the receiver 5 shown in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the scanning direction of the transmission beam.

図2によると、送信側は、X(水平)方向の送波素子(x1〜x8)とY(垂直)方向の送波素子(y1〜y9)とがそれぞれ配列されている。X方向に配列された送波素子(x1〜x8)は、図3(a)に示すように、水平方向に送信ビーム方向(ψ1〜ψn)が変移するようにビームシフト2によって位相制御され、Y方向に配列した送波素子(y1〜y9)は、図3(b)に示すように、垂直方向に送信ビーム方向(θ1〜θm)が変移するように同じくビームシフト2によって位相制御される。   According to FIG. 2, on the transmission side, X (horizontal) direction transmitting elements (x1 to x8) and Y (vertical) direction transmitting elements (y1 to y9) are arranged. The transmission elements (x1 to x8) arranged in the X direction are phase-controlled by the beam shift 2 so that the transmission beam directions (ψ1 to ψn) are shifted in the horizontal direction, as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the phase of the transmitting elements (y1 to y9) arranged in the Y direction is similarly controlled by the beam shift 2 so that the transmitting beam direction (θ1 to θm) is shifted in the vertical direction. .

また、X方向に配列した送波素子(x1〜x8)は、水平方向の各方向(ψ1〜ψn)に応じて、送信周波数がf帯域の範囲(f1〜fn)で直線的に切り換えられ、Y方向に配列した送波素子(y1〜y9)は、垂直方向の各方向(θ1〜θm)に応じて、送信周波数がF帯域の範囲(F1〜Fm)で直線的に切り換えられる。   In addition, the transmission elements (x1 to x8) arranged in the X direction are linearly switched within the f band range (f1 to fn) according to the horizontal direction (ψ1 to ψn), In the transmission elements (y1 to y9) arranged in the Y direction, the transmission frequency is linearly switched in the F band range (F1 to Fm) according to the vertical directions (θ1 to θm).

ここで、m、nは、画像表示される場合のドット数(解像度)に対応し、任意に設定される。また、送信側のX方向およびY方向の送波素子数(X方向x1〜xi、Y方向y1〜yj)を、x1〜x8およびy1〜y9としたが、特に限定されることはない。また、周波数f1〜fnおよびF1〜Fmは、乗算器9出力後の周波数成分が一致しないように選定される。   Here, m and n correspond to the number of dots (resolution) when an image is displayed, and are arbitrarily set. Further, although the number of transmitting elements in the X direction and Y direction (X direction x1 to xi, Y direction y1 to yj) on the transmission side is set to x1 to x8 and y1 to y9, it is not particularly limited. The frequencies f1 to fn and F1 to Fm are selected so that the frequency components after the output of the multiplier 9 do not match.

一方の受信側は、図2に示すように、F帯域用、f帯域用各々の受波素子51、52が配置されている。この受波素子51、52は、無指向性の素子であるため、送波素子のような配列は必要なく、位置が限定されることもない。   On the one receiving side, as shown in FIG. 2, receiving elements 51 and 52 for F band and f band are arranged. Since the wave receiving elements 51 and 52 are non-directional elements, an arrangement like a wave transmitting element is not required and the position is not limited.

次に、送信手順について説明する。図4は、送信手順について説明するためのタイムチャートである。図5は、ターゲットへの照射画像を示す図である。図6は、受信レベルに応じた各周波数のスペクトルを示す図である。図7は、FFT処理結果の周波数配列を示す図である。   Next, a transmission procedure will be described. FIG. 4 is a time chart for explaining the transmission procedure. FIG. 5 is a diagram illustrating an irradiation image on the target. FIG. 6 is a diagram illustrating a spectrum of each frequency according to the reception level. FIG. 7 is a diagram showing a frequency array of the FFT processing result.

図4によると、送信期間T1の内の期間t1において、まず、Y方向に配列した送波素子(y1〜y9)は、周波数F1で送信ビーム方向θ1に設定される。この時、X方向に配列した送波素子(x1〜x8)は、周波数をf1からfnに順次切り替えるタイミングで送信ビーム方向ψ1から送信ビーム方向ψnに順次シフトされる。   According to FIG. 4, in the period t1 in the transmission period T1, first, the transmitting elements (y1 to y9) arranged in the Y direction are set in the transmission beam direction θ1 at the frequency F1. At this time, the transmitting elements (x1 to x8) arranged in the X direction are sequentially shifted from the transmission beam direction ψ1 to the transmission beam direction ψn at the timing of sequentially switching the frequency from f1 to fn.

次に、期間t2において、Y方向に配列した送波素子(y1〜y9)は、周波数F2で送信ビーム方向θ2に設定される。この期間では、X方向に配列した送波素子(x1〜x8)が、周波数をfnからf1に、期間t1とは逆方向に、順次切り替えられるタイミングで送信ビーム方向ψnから送信ビーム方向ψ1に順次シフトされる。   Next, in the period t2, the transmission elements (y1 to y9) arranged in the Y direction are set in the transmission beam direction θ2 at the frequency F2. During this period, the transmitting elements (x1 to x8) arranged in the X direction sequentially change the frequency from fn to f1 and in the opposite direction to the period t1, and sequentially from the transmission beam direction ψn to the transmission beam direction ψ1. Shifted.

このようにして、Y方向に配列した送波素子(y1〜y9)は、送信期間T1(t1〜tm)において、送信ビーム方向θ1(周波数F1)から送信ビーム方向θm(周波数Fm)まで順次設定される。この間、Y方向の各設定方向毎に、X方向に配列した素子は、周波数f1から周波数fn、周波数fnから周波数f1と折り返して切り替えられるタイミングで、送信ビーム方向ψ1から送信ビーム方向ψn、次に送信ビーム方向ψnから送信ビーム方向ψ1に折り返しながら順次シフトされる。   Thus, the transmission elements (y1 to y9) arranged in the Y direction are sequentially set from the transmission beam direction θ1 (frequency F1) to the transmission beam direction θm (frequency Fm) in the transmission period T1 (t1 to tm). Is done. During this time, the elements arranged in the X direction for each set direction in the Y direction are switched from the frequency f1 to the frequency fn and from the frequency fn to the frequency f1, and are switched at the timings. The signals are sequentially shifted from the transmission beam direction ψn to the transmission beam direction ψ1.

以上の動作により、図5に示すように、送信ビーム方向を2つの周波数帯、すなわち水平方向のf1〜fnと垂直方向のF1〜Fmとでマッピングした送信音がターゲットに対して照射される。   As a result of the above operation, as shown in FIG. 5, the transmission sound in which the transmission beam direction is mapped in two frequency bands, that is, f1 to fn in the horizontal direction and F1 to Fm in the vertical direction is irradiated to the target.

次に、図4に示す受信期間R1において、受信側の受波素子51、52は、F帯域およびf帯域それぞれの周波数f1〜fnおよびF1〜Fmの反響音をランダムに受波する。   Next, in the reception period R1 shown in FIG. 4, the receiving-side receiving elements 51 and 52 randomly receive the reverberation sounds of the frequencies f1 to fn and F1 to Fm in the F band and the f band, respectively.

受波器5で受波した信号は、前置増幅部6で増幅された後、帯域制限部7で必要な帯域(F帯域またはf帯域)のみ取り出され、A/D変換部8でデジタル信号に変換される。A/D変換された信号は、乗算器9に入力され、F帯域の信号とf帯域の信号との乗算により、高域のF+f帯域および低域のF−f帯域の周波数成分が生成される。この内、例えば帯域制限器10で高域のみ取り出し、FFT11で所定の周波数を分別することにより、図6に示すように、受信レベルに応じた各周波数のスペクトルを得ることができる。この時、取り出された高域の各周波数(F+f帯域)は、図7に示すように配列される。   The signal received by the receiver 5 is amplified by the preamplifier 6, and then only a necessary band (F band or f band) is taken out by the band limiter 7, and is converted into a digital signal by the A / D converter 8. Is converted to The A / D converted signal is input to the multiplier 9, and frequency components in the high frequency F + f band and the low frequency Ff band are generated by multiplying the F band signal and the f band signal. . Of these, for example, by extracting only the high band with the band limiter 10 and separating the predetermined frequency with the FFT 11, a spectrum of each frequency according to the reception level can be obtained as shown in FIG. At this time, the extracted high frequency (F + f band) is arranged as shown in FIG.

次に、画像が再生される様子を説明する。図8は、FFT処理後の画像を示す図である。   Next, how an image is reproduced will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an image after the FFT processing.

図5に示すように、ターゲットに照射されたF帯域の送波音とf帯域の送波音それぞれの反射音を受波する。図5において、Y軸上の周波数F4の送信音が目標に反響した時、f6でも目標からの反響があれば、マトリックス上の(F4、f6)の組み合わせで強い受信レベルが得られる。同様に、F5の時はf3〜f8、F6の時はf3〜f8で反響すれば、それぞれの組み合わせで強い受信レベルが得られる。この反響による受信レベルに基づく処理を行うことにより、図8に示すような画像を得ることができる。さらに、この受信レベルに応じた濃淡の重み付け、あるいは色彩(色分け)処理を行えば、より鮮明(高精度)なターゲットの画像を得ることができる。   As shown in FIG. 5, the reflected sounds of the F-band transmitted sound and the f-band transmitted sound irradiated to the target are received. In FIG. 5, when the transmission sound having the frequency F4 on the Y axis reverberates to the target, if there is reverberation from the target even at f6, a strong reception level can be obtained by the combination of (F4, f6) on the matrix. Similarly, a strong reception level can be obtained with each combination if the echoes f3 to f8 at F5 and f3 to f8 at F6. By performing processing based on the reception level due to this echo, an image as shown in FIG. 8 can be obtained. Furthermore, if the weighting of the shade according to the reception level or the color (color classification) process is performed, a clearer (high accuracy) target image can be obtained.

以上説明したように、送信側では、直線状に直交配列された送波器を有し、2つの異なる周波数帯f1〜fnおよびF1〜Fmを各配列に割り当て、送信ビーム方向と周波数とをマトリックス状にマッピングして音響信号を送波する。   As described above, on the transmission side, the transmitter has transmitters arranged orthogonally in a straight line, two different frequency bands f1 to fn and F1 to Fm are assigned to each array, and the transmission beam direction and frequency are matrixed. The sound signal is transmitted by mapping in the shape.

また、受信側では、f1〜fnおよびF1〜Fmに対応した2つの無指向性の受波素子で受波し、その2つの周波数帯域の各周波数組み合わせを情報として目標の方向を識別する。これより、受信周波数のみで目標方向(位置)を判断することができる。したがって、受信ビームを生成する必要がなく、受信処理量あるいはFFT処理量が減り、CPU(DSP)の負荷を低減することができる。   On the receiving side, the signals are received by two non-directional receiving elements corresponding to f1 to fn and F1 to Fm, and the target direction is identified using each frequency combination of the two frequency bands as information. Thus, the target direction (position) can be determined only from the reception frequency. Therefore, it is not necessary to generate a reception beam, the reception processing amount or the FFT processing amount is reduced, and the load on the CPU (DSP) can be reduced.

さらに、各周波数帯間で受波した周波数をそれぞれ乗算し、乗算した結果の周波数成分の大きさに応じた濃淡の重み付け、あるいは色彩(色分け)処理を行えば、より鮮明(高精度)なターゲットの画像を得ることができる。   Furthermore, by multiplying the frequency received between each frequency band and performing weighting or color (coloring) processing according to the magnitude of the frequency component resulting from the multiplication, a clearer (higher accuracy) target Images can be obtained.

以上の説明では、浮遊するターゲットを想定したが、例えば海底面を対象とするような場合は、垂直(Y)方向の送信を時間軸(距離)で代用することにより、省略することができる。図9は、垂直(Y)方向の送信を省略した場合の受信系を示すブロック図である。   In the above description, a floating target is assumed. However, for example, when the target is the sea floor, transmission in the vertical (Y) direction can be omitted by substituting the time axis (distance). FIG. 9 is a block diagram showing a reception system when transmission in the vertical (Y) direction is omitted.

図9によると、受信はf帯域のみとなるため、図1(b)に示すFFT11までの構成が簡略化され、更に受信系回路を削減することができる。   According to FIG. 9, since reception is performed only in the f band, the configuration up to FFT 11 shown in FIG. 1B is simplified, and the number of reception system circuits can be further reduced.

また、図1(b)に示す本実施例では、2つの周波数帯を乗算した後、HPF(ハイパスフィルタ)を使用し、乗算後の高い周波数を取り出しているが、これをLPF(ローパスフィルタ)に置き換えて、低い周波数を取り出すことでも実現可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 1B, after multiplying two frequency bands, an HPF (high pass filter) is used to extract a high frequency after multiplication. It can also be realized by taking out a low frequency instead of.

本発明の水中画像ソーナーの一つの実施の形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one embodiment of the underwater image sonar of this invention. 図1に示す送信器4および受波器5を構成する送波素子および受波素子の配列の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the arrangement | sequence of the transmitting element and receiving element which comprise the transmitter 4 and the receiver 5 which are shown in FIG. 送信ビームの走査方向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning direction of a transmission beam. 送信手順について説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating a transmission procedure. ターゲットへの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image to a target. 受信レベルに応じた各周波数のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of each frequency according to a reception level. FFT処理結果の周波数配列を示す図である。It is a figure which shows the frequency arrangement | sequence of a FFT process result. FFT処理後の画像を示す図である。It is a figure which shows the image after a FFT process. 垂直(Y)方向の送信を省略した場合の受信系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a receiving system when transmission in the vertical (Y) direction is omitted.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信制御部
2 ビームシフト
3 電力増幅部
4 送波器
5 受波器
6 前置増幅部
7 帯域制限部
8 A/D変換部
9 乗算器
10 帯域制限器
11 FFT
12 目標検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission control part 2 Beam shift 3 Power amplifier 4 Transmitter 5 Receiver 6 Preamplifier 7 Band limiting part 8 A / D conversion part 9 Multiplier 10 Band limiter 11 FFT
12 Target detector

Claims (8)

第一の周波数帯及び第二の周波数帯の周波数変調信号を生成し、Generating a frequency modulation signal of the first frequency band and the second frequency band;
前記第一周波数帯の同一周波数の音響信号をX(水平)方向に送信し、Transmitting an acoustic signal of the same frequency in the first frequency band in the X (horizontal) direction;
前記第二周波数帯の同一周波数の音響信号をY(垂直)方向に送信し、Transmitting an acoustic signal of the same frequency in the second frequency band in the Y (vertical) direction;
ターゲットから反射した前記音響信号を各周波数帯に対応する受波器で受波し、The acoustic signal reflected from the target is received by a receiver corresponding to each frequency band,
前記受波した音響信号の周波数帯と前記音響信号を送信した方向の組み合わせに基づいて受信ビーム方向を認識する、Recognizing a received beam direction based on a combination of a frequency band of the received acoustic signal and a direction in which the acoustic signal is transmitted;
ことを特徴とするソーナー方法。A sonar method characterized by that.
第一の周波数帯及び第二の周波数帯の周波数変調信号を生成し、
前記第一周波数帯の同一周波数の音響信号をX(水平)方向に送信し、
前記第二周波数帯の同一周波数の音響信号をY(垂直)方向に送信し、
ターゲットから反射した前記音響信号を各周波数帯に対応する前記受波器で受波し、
受波した周波数帯と前記音響信号を送信した方向の組み合わせに基づいて、
前記受波した周波数を各周波数帯間でそれぞれ乗算し、乗算した結果の周波数成分の大きさに基づいて重み付けし、前記受信ビーム方向と前記重み付け結果とより前記ターゲットの画像を得ることを特徴とするソーナー方法。
Generating a frequency modulation signal of the first frequency band and the second frequency band;
Transmitting an acoustic signal of the same frequency in the first frequency band in the X (horizontal) direction;
Transmitting an acoustic signal of the same frequency in the second frequency band in the Y (vertical) direction;
The acoustic signal reflected from the target is received by the receiver corresponding to each frequency band,
Based on the combination of the received frequency band and the direction in which the acoustic signal was transmitted,
Characterized in that the reception was a frequency band multiplied respectively between each frequency band, it is weighted based on the size of the frequency component of the result of multiplying to obtain an image of more the target and the weighting result and the received beam direction And sonar method.
前記音響信号の送信は、水平/垂直方向の各1列から成るクロスファンビーム方式とすることを特徴とする請求項1又は2記載のソーナー方法。 3. The sonar method according to claim 1, wherein the acoustic signal is transmitted by a cross fan beam system comprising one row in each of horizontal / vertical directions. 前記受波器は、各周波数帯に対応する2つの無指向性受波器で構成されることを特徴とする請求項1又は2記載のソーナー方法。 The sonar method according to claim 1 or 2, wherein the receiver comprises two omnidirectional receivers corresponding to each frequency band. 前記重み付けは、前記周波数成分の大きさに基づいた、単一色の濃淡または多色組み合わせであることを特徴とする請求項2記載のソーナー方法。 3. The sonar method according to claim 2, wherein the weighting is a single color shading or multicolor combination based on the magnitude of the frequency component. 直線状に直交配列された複数の送波器より構成され、前記送波器に水平方向と垂直方向で異なる周波数帯と送信ビーム方向を割り当て、前記ビーム方向に前記周波数帯の送波音を放射する送波手段と、It consists of a plurality of transmitters arranged in a straight line and orthogonally, and assigns different frequency bands and transmission beam directions in the horizontal direction and vertical direction to the transmitter, and radiates the transmission sound of the frequency bands in the beam direction. Transmission means,
前記複数の送波手段から放射される前記送波音の送信ビーム方向を走査すると共に、該走査に同期して該送波音の周波数を漸次連続的に制御する制御手段と、Control means for scanning the direction of the transmission beam of the transmitted sound radiated from the plurality of transmission means, and controlling the frequency of the transmitted sound gradually and continuously in synchronization with the scanning;
前記送波音がターゲットにより反射されて得られた反射音を受波して電気信号に変換する2つの受波手段と、Two receiving means for receiving the reflected sound obtained by reflecting the transmitted sound by the target and converting it into an electrical signal;
前記2つの受波手段から出力されたそれぞれの信号を乗算し、高域のF+f帯域および低域のF−f帯域の周波数成分を出力する乗算手段と、Multiplication means for multiplying the respective signals output from the two receiving means and outputting frequency components of the high frequency F + f band and the low frequency Ff band;
前記乗算手段から出力された周波数成分を分別し、各分別された周波数成分毎に受信レベルを検出する周波数分別手段と、Frequency classification means for classifying frequency components output from the multiplication means and detecting a reception level for each of the classified frequency components;
前記分別された周波数と検出されたレベルに基づいた、単一色の濃淡または多色組み合わせより画像データを生成する目標検出処理手段と、前記画像データを表示する表示手段と、Target detection processing means for generating image data from a single color shading or multicolor combination based on the classified frequency and the detected level; and display means for displaying the image data;
を有することを特徴とする水中画像ソーナー。An underwater image sonar characterized by comprising:
前記複数の送波手段は、送信ビーム方向の切り替えと同期してマトリックス状にマッピングした周波数にて音響信号を送波することを特徴とする請求項6に記載の水中画像ソーナー。The underwater image sonar according to claim 6, wherein the plurality of transmission units transmit acoustic signals at frequencies mapped in a matrix in synchronization with switching of a transmission beam direction. 前記2つの受波手段は、各周波数帯に対応する2つの無指向性受波器で構成されることを特徴とする請求項6記載の水中画像ソーナー。The underwater image sonar according to claim 6, wherein the two wave receiving means are constituted by two omnidirectional wave receivers corresponding to each frequency band.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2900474B1 (en) * 2006-04-26 2008-06-13 Ixwaves Sarl Sarl MULTIFACECE SOUNDER
EP1925949A1 (en) * 2006-11-24 2008-05-28 BP Shipping Limited Ship mounted underwater sonar system
JP5210544B2 (en) * 2007-05-21 2013-06-12 日本無線株式会社 Detecting device
US8305840B2 (en) 2009-07-14 2012-11-06 Navico, Inc. Downscan imaging sonar
US8300499B2 (en) 2009-07-14 2012-10-30 Navico, Inc. Linear and circular downscan imaging sonar
US8400876B2 (en) * 2010-09-30 2013-03-19 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method and system for sensing objects in a scene using transducer arrays and coherent wideband ultrasound pulses
US9142206B2 (en) 2011-07-14 2015-09-22 Navico Holding As System for interchangeable mounting options for a sonar transducer
US9182486B2 (en) 2011-12-07 2015-11-10 Navico Holding As Sonar rendering systems and associated methods
US9268020B2 (en) 2012-02-10 2016-02-23 Navico Holding As Sonar assembly for reduced interference
US9354312B2 (en) 2012-07-06 2016-05-31 Navico Holding As Sonar system using frequency bursts
US10151829B2 (en) 2016-02-23 2018-12-11 Navico Holding As Systems and associated methods for producing sonar image overlay
US11367425B2 (en) 2017-09-21 2022-06-21 Navico Holding As Sonar transducer with multiple mounting options
JP7238516B2 (en) * 2019-03-20 2023-03-14 日本電気株式会社 Sonar device and target detection method using the same
CN117572435B (en) * 2024-01-12 2024-03-22 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 Deconvolution-based multi-beam synthetic aperture sonar high-resolution imaging method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5247697B2 (en) * 1972-01-12 1977-12-05
JPS5618770A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Toshiba Corp Ultrasonic probe
JPS5690274A (en) * 1979-12-24 1981-07-22 Fujitsu Ltd Scanning method by ultrasonic wave
JPS61258182A (en) * 1985-05-10 1986-11-15 Omron Tateisi Electronics Co Three-dimensional video device
JPS62218885A (en) * 1986-03-20 1987-09-26 Nec Corp Sound imaging apparatus
JP2648092B2 (en) * 1994-06-22 1997-08-27 防衛庁技術研究本部長 Underwater image sonar
JPH0824257A (en) * 1994-07-15 1996-01-30 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus
KR0180057B1 (en) * 1996-07-08 1999-04-01 이민화 Three dimensional image acquiring apparatus of ultrasonic system
JP2856178B2 (en) * 1996-10-31 1999-02-10 日本電気株式会社 Underwater image sonar
JP4075472B2 (en) * 2002-06-05 2008-04-16 日本電気株式会社 Ship detecting method and ship detecting device using cross fan beam

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