JP5334342B1 - 計量魚群探知機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】広ビーム、狭ビームのデュアルビームを得る手段として、送受波器の送受波面を2区分して用いるのではなく、送信信号は高い周波数のパルスと低い周波数のパルスを時間的に重ならない程度に前後させて送信し、高い周波数で狭ビームを、低い周波数で広ビームを得、両ビームの受波信号はフィルタ5,6で分離してそれぞれの受波振幅を得るようにしたので、送受波器は複雑にならず、方向付け回路および受信増幅器4は各1個で済む。
【選択図】図1
Description
ターゲットストレングスTSは、ターゲットに平面波が入射したときに、入射音波の強さ(Ii)に対するターゲットから1mの距離での反射音波の強さ(Ir)の比Ir/Iiとして定義するものとされている。ターゲットストレングスは音響水産資源量調査で資源量を算出する際のスケールファクターとして、また、ターゲットストレングスTSが魚体長の2乗にほぼ比例することを用いる体長推定のための音響データとして、極めて重要であるとされている。
それが従来のデュアルビーム方式である。
送受波器51は円形であって、51aの部分と51bの部分に同心円状に区分されている。送信機54からは図2の(b)に示されるような定められた周波数の超音波周波電気信号パルス61が定められた周期Tで送信されそれが二手に分けられ、方向付け回路52を経た方は送受波器51の51aの部分に供給され、方向付け回路53を経た方は51bの部分に供給され、結局、送受波器51の全振動子が励振されて超音波を送波することになる。この場合、送波の指向性ビームは51bだけが励振された場合に較べて狭ビームとなる。
受信増幅器56および57は、以後の処理に都合のよいレベルまで信号を増幅するためのものである。
図4ではθの角度方向にターゲット65が居ることを示している。そして、この角度方向線が、広ビーム62、狭ビーム63と交わる点とO点との間の長さが、ターゲット65からの反射波の受波強度を示している。従って、ANはターゲット65からの反射を狭ビームで受波した場合の受波強度を示しており、AWは広ビームで受波した場合の強度を示していることになる。角度θが変わればANもAWも異なる値となる。
従って、θの各値について、AW−AN或いはAW/ANの値を予め算出して、θとAW−AN或いはAW/ANの対応表を作成しておくことができる。
そして、或る魚体からの反射を広ビームで受波したときと狭ビームで受波したときの受波レベルの差或いは比を算出し、これを予め作成してある対応表の差欄或いは比欄に当て嵌めれば対応する角度即ち魚体の存在する方向すなわちターゲット指向角θを知ることができる。
こうして、θが分かれば、前記数式1のD(θ)も値が定まるので、数式1の左辺のエコーレベル(受波レベル)の2乗値を右辺のTS以外の総ての項で除することによりターゲットストレングスTSを求めることができることになる。
TS算出器60では、前記数式1によりターゲットストレングスTSを算出し目的を達成する。
以上のように、背景技術には、構成要素が多くなるという問題がある。
本発明の第1の構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする計量魚群探知機である。
(イ) 高い周波数の超音波パルス電気信号と低い周波数の超音波パルス電気信号を時間的に重ならないように前後させた超音波周波電気信号パルス組を定められた周期で送信する送信機
(ロ) 前記高い周波数では幅狭指向性パターンを形成し、前記低い周波数では幅広指向性パターンを形成し、前記送信機から送信された前記超音波周波電気信号パルスを超音波パルスとして水中へ送波し、水中ターゲットからの反射波を受波して反射波電気信号として出力する円形送受波器
(ハ) 送信機から送信された超音波周波電気信号パルスを前記送受波器へ導くとともに、前記円形送受波器で受波された水中ターゲットからの反射波による反射波電気信号を受信系へ導く方向付け回路
(ニ) 受信系にあって、前記反射波電気信号を受けると、そのうち周波数が高い方の信号を通過させる高周波通過フィルタ
(ホ) 同じく受信系にあって、前記反射波電気信号を受けると、そのうち周波数が低い方の信号を通過させる低周波通過フィルタ
(ヘ) 前記高周波通過フィルタの出力と前記低周波通過フィルタの出力とを受けて両出力の振幅差を出力する振幅差検出器
(ト) 前記円形送受波器における高い周波数での幅狭指向性パターンと低い周波数での幅広指向性パターンにおいて、指向中心軸に対する任意の指向角と、その指向角における幅狭指向性パターンでの振幅値と幅広指向性パターンでの振幅値との差との既知の対応関係に基づいて、実際に、水中ターゲットから高い周波数で受波された振幅と低い周波数で受波された振幅との差から、前記水中ターゲットの、前記指向中心軸を基準とした指向角度を抽出するターゲット指向角度抽出器
(チ) 前記ターゲット指向角度抽出器からターゲット指向角度信号を受けて、ソナー方程式によりターゲットストレングスTSを算出するTS算出器
(リ) 前記高周波通過フィルタの出力と前記低周波通過フィルタの出力とを受けて両出力の振幅比を出力する振幅比検出器
(ヌ) 前記円形送受波器における高い周波数での幅狭指向性パターンと低い周波数での幅広指向性パターンにおいて、指向中心軸に対する任意の指向角と、その指向角における幅狭指向性パターンでの振幅値と幅広指向性パターンでの振幅値との比との既知の対応関係に基づいて、実際に、水中ターゲットから高い周波数で受波された振幅と低い周波数で受波された振幅との比から、前記水中ターゲットの、前記指向中心軸を基準とした指向角度を抽出するターゲット指向角度抽出器
本発明の送信機は、高い周波数の超音波パルス電気信号と低い周波数の超音波パルス電気信号を時間的に重ならないように前後させた超音波電気信号パルス組を定められた周期で送信する。送信された電気信号は、送受の方向付け回路を経て円形の送受波器に加えられる。円形であることによって、その指向特性は、立体的には、図4の指向中心軸64を中心にして360度回転させたものとなる。
送受波器は周波数が高いパルスのときには指向幅の狭い指向性ビームで送波し、周波数が低いパルスのときには指向幅の広い指向性ビームで、超音波を水中へ送波することになる。
第1に、背景技術においては、送受波器の振動子群を2つの領域に区分して、励振および受波を別々に行わなければならないため振動子の配列構造および配線の張り廻しが複雑になるのに対し、本願発明では全体で1つの励振および受波でよく簡単である。
第2に、背景技術では方向付け回路が2つ必要であったのに対し、本願発明では1つでよい。
第4に、背景技術では受信系の増幅器は、方向付け回路の受信出力に入れるにしても、振幅差又は振幅比検出器の前に入れるにしても2つ必要であるのに対し、本願発明では方向付け回路の出力側に1つ入れるだけでよい。
本発明では、送受波器は、従来技術のように領域区分をすることなく、送波も受波も全一体で行われる。
これに対して、送信機は従来のように、同一周波数の送信出力ではなく、高い周波数の超音波パルス電気信号と低い周波数の超音波パルス電気信号を時間的に重ならないように前後させて送信させ、送受波器が高い周波数で指向ビーム幅が狭く、低い周波数では指向ビーム幅が広くなると言う特性に着眼して、時間差的に狭い指向性ビームと広い指向性ビームを形成させ、同一ターゲットから広いビームによる受波信号と狭ビームによる受波信号を得るようにし、こうして受波された信号を高周波通過フィルタと低周波通過フィルタの並列回路へ入力させ、高周波通過フィルタでは高い周波数の受波信号を通過させることにより、狭ビームで受波された信号を出力させ、低周波通過フィルタでは低い周波数の受波信号を通過させることにより、広ビームで受波された信号を出力させ、それぞれ狭ビームでの受波信号および広ビームでの受波信号を得られるようにしている。
図1は、本発明の実施例を示すブロック図である。送信機1は図2の(a)に示すような高い周波数fHの高周波数パルスPHと低い周波数fLの低周波数パルスPLを時間的に重ならないように前後させた超音波周波電気信号パルス組を定められた周期Tで出力する。出力されたパルス信号は、方向付け回路2を経由して円形の送受波器3に印加され、パルス状の超音波となって水中へ送波される。送受波器の指向性パターンは低い周波数fLでは広ビームの指向性パターンとなり、高い周波数fHでは狭ビームの指向性パターンとなる。
検出された振幅差信号又は振幅比信号はターゲット指向角度θ抽出器8へ入力される。ターゲット指向角度θ抽出器8では、予め送受波器の指向性パターンにおける指向中心軸を基準とした様々な角度θについて、狭ビームで送受波したときの受波レベルと、広ビームで送受波したときの受波レベルとの差又は比を算出し、角度θと差又は比との対応表を有している。
従って、ターゲットの存在する方向が送受波器の指向性パターン上角度θの方向であることが分かることになる。θが分かれば送受波器の指向性関数(数式1のD(θ))の値が定まり、前記数式1のソナー方程式によりターゲットストレングスTSを算出できることになる。図1のTS算出器9はθの情報を得て、この算出を行っているものである。
2 方向付け回路
3 送受波器
4 受信増幅器
5 高周波通過フィルタ
6 低周波通過フィルタ
7 振幅差又は振幅比検出器
8 ターゲット指向角度θ抽出器
9 TS算出器
51 送受波器
51a、51b 送受波器の部分
52 方向付け回路
53 方向付け回路
54 送信機
55 合成器
56 受信増幅器
57 受信増幅器
58 振幅差又は振幅比検出器
59 ターゲット指向角度θ抽出器
60 TS算出器
61 超音波周波電気信号パルス
62 広ビーム
63 狭ビーム
64 指向中心軸
65 ターゲット
AN 狭ビーム受波レベル
AW 広ビーム受波レベル
θ ターゲット指向角
PH 高周波数パルス
PL 低周波数パルス
Claims (2)
- 下記の各手段を具備することを特徴とする計量魚群探知機。
(イ) 高い周波数の超音波パルス電気信号と低い周波数の超音波パルス電気信号を時間的に重ならないように前後させた超音波周波電気信号パルス組を定められた周期で送信する送信機
(ロ) 前記高い周波数では幅狭指向性パターンを形成し、前記低い周波数では幅広指向性パターンを形成し、前記送信機から送信された前記超音波周波電気信号パルスを超音波パルスとして水中へ送波し、水中ターゲットからの反射波を受波して反射波電気信号として出力する円形送受波器
(ハ) 送信機から送信された超音波周波電気信号パルスを前記送受波器へ導くとともに、前記円形送受波器で受波された水中ターゲットからの反射波による反射波電気信号を受信系へ導く方向付け回路
(ニ) 受信系にあって、前記反射波電気信号を受けると、そのうち周波数が高い方の信号を通過させる高周波通過フィルタ
(ホ) 同じく受信系にあって、前記反射波電気信号を受けると、そのうち周波数が低い方の信号を通過させる低周波通過フィルタ
(ヘ) 前記高周波通過フィルタの出力と前記低周波通過フィルタの出力とを受けて両出力の振幅差を出力する振幅差検出器
(ト) 前記円形送受波器における高い周波数での幅狭指向性パターンと低い周波数での幅広指向性パターンにおいて、指向中心軸に対する任意の指向角と、その指向角における幅狭指向性パターンでの振幅値と幅広指向性パターンでの振幅値との差との既知の対応関係に基づいて、実際に、水中ターゲットから高い周波数で受波された振幅と低い周波数で受波された振幅との差から、前記水中ターゲットの、前記指向中心軸を基準とした指向角度を抽出するターゲット指向角度抽出器
(チ) 前記ターゲット指向角度抽出器からターゲット指向角度信号を受けて、ソナー方程式によりターゲットストレングスTSを算出するTS算出器 - 請求項1の(ヘ)を下記(リ)に、同じく(ト)を下記(ヌ)に置換したことを特徴とする計量魚群探知機。
(リ) 前記高周波通過フィルタの出力と前記低周波通過フィルタの出力とを受けて両出力の振幅比を出力する振幅比検出器
(ヌ) 前記円形送受波器における高い周波数での幅狭指向性パターンと低い周波数での幅広指向性パターンにおいて、指向中心軸に対する任意の指向角と、その指向角における幅狭指向性パターンでの振幅値と幅広指向性パターンでの振幅値との比との既知の対応関係に基づいて、実際に、水中ターゲットから高い周波数で受波された振幅と低い周波数で受波された振幅との比から、前記水中ターゲットの、前記指向中心軸を基準とした指向角度を抽出するターゲット指向角度抽出器
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