JP5341288B2 - Fish finder - Google Patents
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Description
この発明は、インパルス応答の包絡線が鋭く立ち上がり滑らかに減衰するディジタルフィルタおよびこのフィルタを用いた魚群探知機に関する。 The present invention relates to a digital filter in which an envelope of an impulse response rises sharply and attenuates smoothly and a fish finder using this filter.
魚群探知機やスキャニングソナー等では、魚群や海底面の位置を正確に求めるため、受信エコーの前縁が鋭く立ち上がり、その後滑らかに減衰する特性が望まれる。インパルス応答の急峻な特性を持った帯域通過フィルタを設計する場合、ＩＩＲフィルタがＦＩＲフィルタに比べて簡単な構成のフィルタで実現可能である。 In fish detectors, scanning sonars, etc., it is desirable that the leading edge of the received echo rises sharply and then attenuates smoothly in order to accurately determine the position of the fish school and the bottom of the sea. When designing a band-pass filter having a steep characteristic of impulse response, the IIR filter can be realized with a filter having a simpler configuration than the FIR filter.
すなわち、ＦＩＲフィルタで帯域通過フィルタを設計した場合、フィルタ係数が係数の中心に対して偶対称となるため、受信エコーの前縁が鋭く立ち上がり、その後緩やかに減衰する特性を得ることはできない。また、簡単なハードウェア構成、すなわち乗算器の数が少ないフィルタ構成、または限られたメモリ容量や低速度のＤＳＰを用いながらフィルタを実現する場合にはＩＩＲフィルタが有利である。このため、魚群探知機等に用いられるフィルタとしては、ＦＩＲフィルタよりもＩＩＲフィルタのほうがよく用いられていた。 That is, when a bandpass filter is designed with an FIR filter, the filter coefficient becomes even-symmetrical with respect to the center of the coefficient, so that it is impossible to obtain a characteristic in which the leading edge of the received echo rises sharply and then gradually attenuates. In addition, an IIR filter is advantageous when a simple hardware configuration, that is, a filter configuration with a small number of multipliers, or when implementing a filter using a limited memory capacity or a low-speed DSP. For this reason, as a filter used for a fish finder or the like, an IIR filter is more often used than an FIR filter.
従来、遅延最大平坦特性を有するＩＩＲフィルタの設計は、佐藤正光氏による方法（電子通信学会論文誌ｖｏｌ．Ｊ５９−Ａ， ｎｏ１２， ｐｐ．１０６５−１０７１）がよく用いられていたが、このＩＩＲフィルタの設計法では、インパルス応答のエンベロープが鋭く立ち上がる特性を得ることは容易であったが、これが滑らかに減衰する特性を得ることは困難であった。すなわち、通常は、図１０（ａ）に示すように、減衰時のエンベロープにコブ状のリプルを持った特性しか得ることができず、試行錯誤の結果、偶然に図１０（ｂ）に示すような滑らかな特性を得ることができるに過ぎなかった。 Conventionally, the method by Masamitsu Sato (Electronic Communication Society paper, vol. J59-A, no12, pp. 1065-1071) was often used to design an IIR filter having a maximum delay flat characteristic. In this design method, it was easy to obtain the characteristic that the envelope of the impulse response rises sharply, but it was difficult to obtain the characteristic that it attenuated smoothly. That is, normally, as shown in FIG. 10 (a), it is possible to obtain only a characteristic having a bump-like ripple in the envelope at the time of attenuation, and as a result of trial and error, as shown in FIG. 10 (b) by chance. It was only possible to obtain smooth and smooth characteristics.
魚群探知機のフィルタにこのようなコブ状のリプルがあると、リプルに対応する画面上の画素に輝度変化が現れ、魚群画像下部にリプルに対応する縞模様が発生してしまうという問題点があった。 If there is such a bump-shaped ripple in the filter of the fish finder, there will be a problem that a luminance change appears on the pixel on the screen corresponding to the ripple, and a stripe pattern corresponding to the ripple occurs at the bottom of the fish image. there were.
この発明は、滑らかな減衰特性を得ることができる帯域通過ディジタルフィルタ、および、これを用いた魚群探知機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a band-pass digital filter capable of obtaining a smooth attenuation characteristic, and a fish detector using the same.
【課題を解決するための手段】
この発明の魚群探知機は、船底に設置された超音波振動子から超音波ビームを送信し、この超音波ビームのエコー信号を含む信号を前記超音波振動子で受信する魚群探知機であって、全極型の４次ＩＩＲフィルタからなるディジタルフィルタを備え、前記ディジタルフィルタは、４次ＩＩＲフィルタを構成する複素平面上の４個の極を、０＜ｒ＜１、０≦θ≦π／２として、ｒｅｊθ、ｒｅ−ｊθ、ｒｅｊ（π−θ）、ｒｅ−ｊ（π−θ）の４個に設定し、１次のフィルタ係数および３次のフィルタ係数が０であり、２次のフィルタ係数が−２ｒ２ｃｏｓ２θによって設定され、４次のフィルタ係数がｒ４によって設定され、前記受信した信号から前記エコー信号を分離するフィルタとして、前記ディジタルフィルタを用いたことを特徴とする。
また、この発明の魚群探知機におけるディジタルフィルタでは、θの値はπ／２またはπ／２の近傍の値であり、ｒ，θは、所望とする通過帯域幅に基づいて決定されている。
また、この発明の魚群探知機は、上述のディジタルフィルタと、所定周波数ｆｒを中心とした狭帯域の周波数スペクトルを有する信号を、所定周波数ｆｒがｆｓ／４上に写像されるように、所定周波数ｆｒの２倍の周波数２ｆｒよりも低い周波数からなるサンプリング周波数ｆｓでアンダーサンプリングするＡＤ変換部と、を備える。ディジタルフィルタは、通過周波数帯域の中心周波数がｆｓ／４になるように、ｒ，θの値が設定されている。ディジタルフィルタは、ＡＤ変換部によってアンダーサンプリングされたサンプリングデータを、入力して不要周波数帯域を除去する。
また、この発明の魚群探知機は、ディジタルフィルタと、所定周波数ｆｒを中心とした狭帯域の周波数スペクトルを有する信号を、所定周波数ｆｒの４倍の周波数４ｆｒからなるサンプリング周波数ｆｓでサンプリングするＡＤ変換部と、を備える。ディジタルフィルタは、通過周波数帯域の中心周波数がｆｓ／４になるように、ｒ，θの値が設定されている。ディジタルフィルタは、ＡＤ変換部によってサンプリングされたサンプリングデータを、入力して不要周波数帯域を除去する。
[Means for Solving the Problems]
The fish finder according to the present invention is a fish finder that transmits an ultrasonic beam from an ultrasonic transducer installed on the bottom of the ship and receives a signal including an echo signal of the ultrasonic beam by the ultrasonic transducer. , comprising a digital filter comprising a fourth-order IIR filter of all-pole, the digital filter, the four poles in the complex plane which constitutes a fourth-order IIR filter, 0 <r <1,0 ≦ θ ≦ π / 2 is set to four of re jθ , re −jθ , re j (π−θ) , and re −j (π−θ) , and the first-order filter coefficient and the third-order filter coefficient are 0. the following filter coefficients are set by -2r 2 cos, 4-order filter coefficient set by r 4, and characterized in that as a filter to separate the echo signal from the received signal, using the digital filter That.
In the digital filter in the fish finder of the present invention, the value of θ is π / 2 or a value in the vicinity of π / 2, and r and θ are determined based on the desired pass bandwidth.
In addition, the fish finder of the present invention has a predetermined frequency so that the predetermined frequency fr is mapped onto fs / 4 by mapping the above-described digital filter and a signal having a narrow-band frequency spectrum centered on the predetermined frequency fr. an AD converter that performs undersampling at a sampling frequency fs that is lower than the frequency 2fr that is twice the frequency fr. In the digital filter, the values of r and θ are set so that the center frequency of the pass frequency band is fs / 4. The digital filter inputs sampling data undersampled by the AD converter and removes unnecessary frequency bands.
Further, the fish finder of the present invention includes a digital filter and AD conversion for sampling a signal having a narrow-band frequency spectrum centered on a predetermined frequency fr at a sampling frequency fs that is four times the predetermined frequency fr. A section. In the digital filter, the values of r and θ are set so that the center frequency of the pass frequency band is fs / 4. The digital filter inputs sampling data sampled by the AD conversion unit and removes unnecessary frequency bands.
上記発明の全極型４次ＩＩＲ帯域通過ディジタルフィルタの設計手順を詳細に説明する。
全極型４次ＩＩＲフィルタは、〔数１〕式のように表現することができる。The design procedure of the all-pole type 4th order IIR bandpass digital filter of the invention will be described in detail.
The all-pole quaternary IIR filter can be expressed as in [Equation 1].
この式を図１に示す対称極配置で分解すると、θ≠０，π／２，πのとき次式が得られる。 When this equation is decomposed with the symmetrical pole arrangement shown in FIG. 1, the following equation is obtained when θ ≠ 0, π / 2, and π.
図１の極配置では、０≦θ≦πとしているが、特に断らない限り０≦θ≦π／２と考えて差し支えない。なお、〔数２〕式では並列分解のために、 In the pole arrangement of FIG. 1, 0 ≦ θ ≦ π is set, but unless otherwise specified, it may be considered that 0 ≦ θ ≦ π / 2. In addition, in [Formula 2], for parallel decomposition,
の関係を用いている。〔数２〕式に基づいてインパルス応答を求めると、θ≠０，π／２，πのとき、 The relationship is used. When the impulse response is obtained based on the equation (2), when θ ≠ 0, π / 2, π,
が求められる。この式では、記述を簡略化するため、〔数２〕式の係数ｂ0 ／ａ0 を省略している。この式をさらに簡略化すると、Is required. In this equation, in order to simplify the description, the coefficient b 0 / a 0 in the
となる。インパルス応答の包絡線のリプルを無くすためには、分解したそれぞれのＩＩＲフィルタのインパルス応答の包絡線の振動周期を同一とする必要がある。これは、各インパルス応答の包絡線の振動周期が異なる場合、ウナリを生じてリプルが発生するからである。すなわち、〔数５〕式のｓｉｎ（ｍ＋１）θ／ｓｉｎ２θが定数となる場合以外は、インパルス応答の包絡線が周期的に振動する、すなわち、ウナリが生じる。図２にエンベロープが振動している一例を示している。一方、ｓｉｎ（ｍ＋１）θ／ｓｉｎ２θが振動せずに定数となり、ｒ＜１であれば、包絡線はｒnの項によって徐々に滑らかに減衰するであろう。It becomes. In order to eliminate the ripple of the envelope of the impulse response, it is necessary to make the vibration period of the envelope of the impulse response of each decomposed IIR filter the same. This is because when the vibration period of the envelope of each impulse response is different, a ripple occurs and a ripple occurs. That is, unless the sin (m + 1) θ / sin2θ in the equation (5) is a constant, the envelope of the impulse response vibrates periodically, that is, an undulation occurs. FIG. 2 shows an example in which the envelope is oscillating. On the other hand, sin (m + 1) θ / sin2θ becomes constant without vibration, if r <1, the envelope will gradually smoothly attenuated by the term of r n.
そこで、θ＝０，πの場合を考えると、 Therefore, considering the case of θ = 0, π,
が成り立つため、 Because
となる。 It becomes.
また、θ＝π／２の場合には、 When θ = π / 2,
となり、これから、 From now on,
が成立する。また、 Is established. Also,
であるため、〔数１０〕式のフィルタ係数の比較から、 Therefore, from the comparison of the filter coefficients of the formula [10],
が得られる。
この関係から、フィルタ係数ａ4 によってｒがコントロールされること、およびａ2 によってｒとθがコントロールされることが分かる。すなわち、ａ2 とａ4 の組み合わせによって極配置が決定されることを示している。逆に考えれば、極配置ｒとθによって係数が決定される。Is obtained.
From this relationship, it can be seen that r is controlled by the filter coefficient a 4 and that r and θ are controlled by a 2 . That is, the pole arrangement is determined by the combination of a 2 and a 4 . Conversely, the coefficient is determined by the pole arrangement r and θ.
特に、θ＝π／２のとき、ｒを０より大きく１未満の範囲で適当に変化させ、それぞれの場合について、フィルタ係数を求めて、周波数特性、通過帯域幅、インパルス応答を求める。図３にその一例を示すが、その通過帯域幅に応じた減衰特性でインパルス応答の包絡線が１０-25 （対数表示）まで滑らかに減衰していることが分かる。特性を求めた各ｒについてｒと通過帯域幅との関係をグラフ化すると、図４のようになる。なお、図３および図４においては、ａ0 ＝１．０としている。また、図４の縦軸は、ｆｓ／２が１．０となるように正規化した帯域幅を示しているため、実周波数に変換する場合には、サンプリング周波数の１／２を乗算する必要がある。また、図５は、ｆｓ＝４４．１ｋＨｚ、θ＝π／２の場合の、各ｒに対応する帯域幅を示している。In particular, when θ = π / 2, r is appropriately changed in a range greater than 0 and less than 1, and in each case, a filter coefficient is obtained to obtain a frequency characteristic, a pass bandwidth, and an impulse response. An example is shown in FIG. 3, and it can be seen that the envelope of the impulse response is smoothly attenuated to 10 −25 (logarithmic display) with the attenuation characteristic corresponding to the pass bandwidth. FIG. 4 is a graph of the relationship between r and the pass bandwidth for each r for which the characteristics are obtained. In FIGS. 3 and 4, a 0 = 1.0. Further, since the vertical axis in FIG. 4 indicates the normalized bandwidth so that fs / 2 is 1.0, when converting to the actual frequency, it is necessary to multiply by 1/2 of the sampling frequency. There is. FIG. 5 shows the bandwidth corresponding to each r when fs = 44.1 kHz and θ = π / 2.
このように、図４または図５を用いることによって、所望周波数からｒが決まり、フィルタ係数を決定することが可能である。なお、このｒおよびθ（＝π／２）に基づいてフィルタ係数ａ2 ，ａ4 を算出する場合、１０ビット程度以上の精度で算出することが望ましい。これはフィルタ係数に少しの誤差があってもフィルタ特性が劇的に変化する場合があるからである。In this way, by using FIG. 4 or FIG. 5, it is possible to determine r from the desired frequency and determine the filter coefficient. When the filter coefficients a 2 and a 4 are calculated based on r and θ (= π / 2), it is desirable to calculate with an accuracy of about 10 bits or more. This is because the filter characteristics may change dramatically even if there is a slight error in the filter coefficients.
なお、ここではθ＝π／２の場合について説明したが、θ＝０の場合、および、θが０≦θ≦π／２の範囲で０またはπ／２の近傍である場合にもほぼ同様の特性を得ることができる。 Although the case of θ = π / 2 has been described here, the same is true when θ = 0 and when θ is 0 or in the vicinity of π / 2 within the range of 0 ≦ θ ≦ π / 2. Characteristics can be obtained.
上記〔数１１〕式で求めたフィルタ係数がバタワーズ特性（最大遅延平坦フィルタの特性）を満たしているかを実例をあげて検証する。
上述した佐藤光正氏の方法で最大遅延平坦帯域通過型４次ＩＩＲフィルタを設計し、そのフィルタのフィルタ係数ａ4 を本発明の〔数１１〕式に代入してａ2 を求め、その数値が上記佐藤光正氏の方法で設計されたフィルタ係数ａ2 と一致するかでバタワーズ特性を満たしているかを検証する。An example is used to verify whether the filter coefficient obtained by the above [Equation 11] satisfies the Butterworth characteristic (characteristic of the maximum delay flat filter).
A maximum delay flat bandpass type fourth-order IIR filter is designed by the method of Mitsumasa Sato described above, and a 2 is obtained by substituting the filter coefficient a 4 of the filter into the equation [11] of the present invention. It is verified whether or not the Butterworth characteristic is satisfied by matching with the filter coefficient a 2 designed by the method of Mitsumasa Sato.
その一例として、〔ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 〕＝〔１，０，１．９３８，０，０．９３９〕のフィルタを採り上げる。このフィルタは上述した佐藤光正氏の方法で、試行錯誤によりインパルス応答の包絡線が滑らかに減衰するよう設計されたものである。このａ4 ＝ｒ4 ＝０．９３９を〔数１１〕式に当てはめるとｒ2 ＝０．９６９０２０１が得られるので、このｒ2 とθ＝π／２をａ2 ＝−２ｒ2 ｃｏｓ２θに代入するとａ2 ＝１．９３８０４０２が得られる。この値は、上記フィルタ係数ａ2 ＝１．９３８と一致するため、〔数１１〕式で求めたフィルタ係数がバタワーズ特性を満たしていることが分かる。As an example, a filter of [a 0 , a 1 , a 2 , a 3 , a 4 ] = [ 1 , 0 , 1.938, 0 , 0.939] is taken up. This filter is designed by Mitsumasa Sato as described above so that the envelope of the impulse response is attenuated smoothly by trial and error. If this a 4 = r 4 = 0.939 is applied to the equation (11), r 2 = 0.9690201 is obtained, so if this r 2 and θ = π / 2 are substituted into a 2 = −2r 2 cos 2θ a 2 = 1.9380402 is obtained. Since this value coincides with the filter coefficient a 2 = 1.938, it can be seen that the filter coefficient obtained by the equation (11) satisfies the Butterworth characteristic.
さらに、他の数例についても同様の検証を行ったが、いずれの場合もａ4 を〔数１１〕式に当てはめて求めたａ2 と一致し、この発明の方法で設計したフィルタ特性がバタワーズ特性を満たしていることが検証された。Further, the same verification was performed for the other examples. In each case, a 4 is matched with a 2 obtained by applying the equation (11), and the filter characteristics designed by the method of the present invention are Butterworths. It was verified that the characteristics were satisfied.
次に、上記方法で設計されたディジタルフィルタを用いた魚群探知機について説明する。図６は、この発明の実施形態である魚群探知機のブロック図である。同図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ異なる構成の魚群探知機を示しており、超音波振動子であるトランスデューサが受信したエコー信号をそれぞれ異なる段階でＡＤ変換（サンプリング）している。 Next, a fish finder using the digital filter designed by the above method will be described. FIG. 6 is a block diagram of a fish finder which is an embodiment of the present invention. (A), (b), and (c) show fish detectors having different configurations, and AD signals (sampling) echo signals received by transducers that are ultrasonic transducers at different stages. ing.
同図（ａ）は、アナログミキサを２段用いて受信エコー信号を中間周波数ＩＦからさらにベースバンド内にダウンコンバートしたのち、ＡＤ変換する構成である。上記実施形態の帯域通過ディジタルフィルタはプロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）内にソフト的に実現されている。 FIG. 6A shows a configuration in which the analog signal is used in two stages and the received echo signal is further down-converted from the intermediate frequency IF into the baseband, and then AD conversion is performed. The bandpass digital filter of the above embodiment is implemented in software in a processor.
同図（ｂ）は、アンダーサンプリングを用いた例を示しており、アナログミキサを用いて受信エコー信号をアンダーサンプリングに適した中間周波数ＩＦに一旦ダウンコンバートし、そののち２ｆIFよりも低い周波数でアンダーサンプリングしている。上記実施形態の帯域通過ディジタルフィルタはＤＳＰ内にソフト的に実現されている。FIG. 5B shows an example using undersampling. The received echo signal is once down-converted to an intermediate frequency IF suitable for undersampling using an analog mixer, and then at a frequency lower than 2f IF. Undersampling is in progress. The bandpass digital filter of the above embodiment is implemented in software in the DSP.
同図（ｃ）は、受信エコー信号をアナログ・バンドパス・フィルタによって帯域制限を加え、不要信号成分を除去したのち、その信号を直接アンダーサンプリングしている例である。上記実施形態の帯域通過ディジタルフィルタはＤＳＰ内にソフト的に実現されている。 FIG. 5C shows an example in which the received echo signal is band-limited by an analog bandpass filter, unnecessary signal components are removed, and the signal is directly undersampled. The bandpass digital filter of the above embodiment is implemented in software in the DSP.
以上のいずれの方式にしても、受信エコー信号をサンプリングするＡＤ変換器のサンプリング周波数をｆｓとするとき、図７に示すように送信信号の中心周波数、またはそのＩＦ段周波数、またはアンダーサンプリング後の送信信号の中心周波数がｆｓ／４上に来るようにシステム設計を行う。すると、サンプリング後のディジタル信号は、離散角周波数π／２を中心とする周波数スペクトルを持つことになる。これはちょうど図１で示しているπ／２を中心とするバンドパスフィルタの特性に相性がよく、〔数１１〕式に基づいて４次ＩＩＲフィルタを設計することにより、フィルタ係数ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ａ4 のうち、ａ1 ，ａ3 をゼロにすることが可能である。図７に、π／２を中心とするバンドパスフィルタの特性を示す。In any of the above methods, when the sampling frequency of the AD converter that samples the received echo signal is fs, as shown in FIG. 7, the center frequency of the transmission signal, its IF stage frequency, or after undersampling The system is designed so that the center frequency of the transmission signal is above fs / 4. Then, the sampled digital signal has a frequency spectrum centered on the discrete angular frequency π / 2. This is compatible with the characteristics of the band-pass filter centered on π / 2 shown in FIG. 1, and by designing a fourth-order IIR filter based on the equation (11), filter coefficients a 0 , a Of 1 , a 2 , a 3 , and a 4 , a 1 and a 3 can be made zero. FIG. 7 shows the characteristics of a bandpass filter centered on π / 2.
なお、中心周波数が３ｆｓ／４上に来るようにシステム設計を行ってもよい。サンプリング周波数ｆｓに対してこのようなｆｓ／４または３ｆｓ／４の関係になるようにシステム設計を行うことにより、本出願人の先行出願「特願平９−１２３５９４」や「特願平１１−２１０９１９」に記載した信号処理方法を適用することができる。 It should be noted that the system design may be performed so that the center frequency is 3fs / 4. By designing the system so as to have such a relationship of fs / 4 or 3fs / 4 with respect to the sampling frequency fs, the prior applications "Japanese Patent Application No. 9-123594" and "Japanese Patent Application No. 11- The signal processing method described in “210919” can be applied.
ただし、この実施形態のディジタルフィルタを用いた信号処理において、アンダーサンプリングは必須ではなく、信号周波数の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングする通常のサンプリング（ＡＤ変換）を行ってもよい。この場合でも、信号の中心周波数の４倍のサンプリング周波数でサンプリングすることにより、上記先行出願の信号処理方法を適用することが可能になる。 However, in the signal processing using the digital filter of this embodiment, undersampling is not essential, and normal sampling (AD conversion) for sampling at a sampling frequency that is twice or more the signal frequency may be performed. Even in this case, the signal processing method of the above-mentioned prior application can be applied by sampling at a sampling frequency four times the center frequency of the signal.
このように、〔数１１〕式を適用してフィルタ係数を削減することによって、図８（ａ）に示す一般の（〔数１〕式で表現される）４次ＩＩＲフィルタ構成を、図８（ｂ）に示す簡略化した構成に置き換えることが可能である。係数乗算用マルチプライヤの削減によって４次ＩＩＲフィルタのハードウェア規模をほぼ半分に削減できる。また、ソフトウェアによってフィルタを実現する場合であっても、計算量をほぼ１／２に減少可能、すなわち計算時間をほぼ１／２に短縮可能である。また、図９は、図８（ｂ）の遅延をまとめた構成例を示している。このように、この発明によれば、マルチプライヤおよび遅延を簡略化した構成が可能である。 In this way, by applying [Equation 11] to reduce the filter coefficient, the general fourth-order IIR filter configuration (expressed by [Equation 1]) shown in FIG. It is possible to replace the simplified configuration shown in (b). By reducing the multiplier for coefficient multiplication, the hardware scale of the fourth-order IIR filter can be reduced to almost half. Further, even when the filter is realized by software, the calculation amount can be reduced to almost ½, that is, the calculation time can be reduced to almost ½. FIG. 9 shows a configuration example in which the delays of FIG. Thus, according to the present invention, a configuration in which the multiplier and the delay are simplified is possible.
なお、魚群探知機以外にも各種の水中探知装置にこの発明のフィルタを適用可能である。他の水中探知装置も図６に類似の構成で実現可能である。 The filter of the present invention can be applied to various underwater detection devices other than the fish finder. Other underwater detection devices can also be realized with a configuration similar to FIG.
以上のようにこの発明によれば、滑らかなインパルス応答の包絡線が滑らかに減衰する帯域通過型ＩＩＲディジタルフィルタを確実に設計することができ、魚群探知機などにおいて不要な映像が生じることがなくなる。また、この構成によりフィルタ係数の一部を０にすることができるため、フィルタの構成または演算量を簡略化することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reliably design a band-pass IIR digital filter in which an envelope of a smooth impulse response is smoothly attenuated, and an unnecessary image is not generated in a fish detector or the like. . In addition, since a part of the filter coefficients can be set to 0 by this configuration, the configuration of the filter or the calculation amount can be simplified.
Claims (4)
全極型の４次ＩＩＲフィルタからなるディジタルフィルタを備え、
前記ディジタルフィルタは、前記４次ＩＩＲフィルタを構成する複素平面上の４個の極を、０＜ｒ＜１、０≦θ≦π／２として、ｒｅｊθ、ｒｅ−ｊθ、ｒｅｊ（π−θ）、ｒｅ−ｊ（π−θ）の４個に設定し、
１次のフィルタ係数および３次のフィルタ係数が０であり、
２次のフィルタ係数が−２ｒ２ｃｏｓ２θによって設定され、
４次のフィルタ係数がｒ４によって設定され、
前記受信した信号から前記エコー信号を分離するフィルタとして、前記ディジタルフィルタを用いたことを特徴とする魚群探知機。
A fish detector that transmits an ultrasonic beam from an ultrasonic transducer installed on the bottom of the ship and receives a signal including an echo signal of the ultrasonic beam by the ultrasonic transducer,
A digital filter comprising an all-pole type 4th order IIR filter ;
The digital filter has four poles on the complex plane constituting the fourth-order IIR filter, where 0 <r <1, 0 ≦ θ ≦ π / 2, and re jθ , re −jθ , re j ( π− θ) and re −j (π−θ) ,
The first order filter coefficient and the third order filter coefficient are 0;
A second order filter coefficient is set by −2r 2 cos 2θ,
The fourth order filter coefficient is set by r 4 ,
A fish finder, wherein the digital filter is used as a filter for separating the echo signal from the received signal.
前記θの値はπ／２またはπ／２の近傍の値であり、
前記ｒ，θは、所望とする通過帯域幅に基づいて決定されている、魚群探知機。
The fish finder according to claim 1,
The value of θ is π / 2 or a value in the vicinity of π / 2,
The r, θ is a fish finder determined based on a desired pass bandwidth.
所定周波数ｆｒを中心とした狭帯域の周波数スペクトルを有する信号を、前記所定周波数ｆｒがｆｓ／４上に写像されるように、前記所定周波数ｆｒの２倍の周波数２ｆｒよりも低い周波数からなるサンプリング周波数ｆｓでアンダーサンプリングするＡＤ変換部を備え、
前記ディジタルフィルタは、通過周波数帯域の中心周波数が前記ｆｓ／４になるように、前記ｒ，θの値が設定されており、
前記ディジタルフィルタは、前記ＡＤ変換部によってアンダーサンプリングされたサンプリングデータを、入力して不要周波数帯域を除去する魚群探知機。
The fish finder according to claim 1 or 2 ,
Sampling a signal having a narrow-band frequency spectrum centered on the predetermined frequency fr and having a frequency lower than the frequency 2fr that is twice the predetermined frequency fr so that the predetermined frequency fr is mapped onto fs / 4 An AD converter that undersamples at a frequency fs;
In the digital filter, the values of r and θ are set so that the center frequency of the pass frequency band is fs / 4.
The digital filter is a fish finder that inputs sampling data undersampled by the AD converter and removes unnecessary frequency bands.
所定周波数ｆｒを中心とした狭帯域の周波数スペクトルを有する信号を、前記所定周波数ｆｒの４倍の周波数４ｆｒからなるサンプリング周波数ｆｓでサンプリングするＡＤ変換部を備え、
前記ディジタルフィルタは、通過周波数帯域の中心周波数がｆｓ／４になるように、前記ｒ，θの値が設定されており、
前記ディジタルフィルタは、前記ＡＤ変換部によってサンプリングされたサンプリングデータを、入力して不要周波数帯域を除去する魚群探知機。 The fish finder according to claim 1 or 2 ,
An AD converter that samples a signal having a narrow-band frequency spectrum centered on the predetermined frequency fr at a sampling frequency fs consisting of a frequency 4fr that is four times the predetermined frequency fr;
In the digital filter, the values of r and θ are set so that the center frequency of the pass frequency band is fs / 4.
The digital filter is a fish finder that receives sampling data sampled by the AD converter and removes unnecessary frequency bands.
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