JP6678022B2

JP6678022B2 - 探知装置、水中探知装置、及びレーダ装置

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Publication number: JP6678022B2
Application number: JP2015241993A
Authority: JP
Inventors: 康平上月; 光平岩田
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: JP2017106854A; US10481248B2; US20170168153A1

Description

本発明は、物標の位置を探知するための探知装置、水中探知装置、及びレーダ装置に関する。

従来から知られている探知装置として、例えば特許文献１及び特許文献２には、２周波復調方式（dual demodulation, dual sweep demodulation）を用いてエコー信号の処理を行うものが開示されている。２周波復調方式では、送信信号と周波数が違う２系統のローカル信号が用意され、それぞれと受信信号との乗算で得られた演算結果が加算されて、ビート信号が生成される。そして、２周波復調方式では、そのビート信号に基づいて物標の探知が行われる。

米国特許第７１４９１４８号明細書欧州特許出願公開第０１９９５７１号明細書

ところで、本願発明者は、探知装置において上述した２周波復調方式を用いた場合、物標のピーク波形のサイドローブ（いわゆるレンジサイドローブ）が大きくなる問題が生じることを発見した。このようにレンジサイドローブが発生すると、探知対象となる物標がこのレンジサイドローブに埋もれてしまい、探知したい物標が探知できなくなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、対象物標の探知漏れを防止可能な探知装置を提供することである。

（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る探知装置は、ＣＴＦＭ方式の探知装置であって、周波数掃引された送信波を所定の送信周期で送波する送波部と、前記送信波が対象物標で反射した反射波を受信波として受波する受波部と、前記送信波及び前記受信波に基づいてビート信号を生成するビート信号生成部と、前記ビート信号生成部によって生成されたビート信号の中から、前記送信周期とは非同期である処理対象信号を抽出する処理対象信号抽出部と、前記処理対象信号に基づいて、前記対象物標に関する情報を生成する対象物標情報生成部と、を備えている。

（２）前記処理対象信号抽出部は、前記ビート信号の中から、複数のゲート区間のそれぞれに含まれる抽出ビート信号を抽出するビート信号抽出部と、複数の前記抽出ビート信号の中から前記処理対象信号を選択する処理対象信号選択部と、を有している。

（３）前記処理対象信号抽出部は、前記ビート信号抽出部によって抽出された複数の前記抽出ビート信号のそれぞれを周波数変換して得られる複素データの絶対値を算出する絶対値算出部を更に有し、前記処理対象信号選択部は、複数の前記抽出ビート信号の中から、前記絶対値が最も小さい複素データに対応する抽出ビート信号を前記処理対象信号として選択する。

（４）前記受波部は、複数の受波素子を有し、前記ビート信号生成部は、前記送信波、及び各前記受波素子で受波された前記受信波に基づいて、各前記受波素子に対応する前記ビート信号を生成し、前記処理対象信号抽出部は、前記送信波と、各前記受波素子で受波された前記受信波のうちの少なくとも１つから生成される代表信号とに基づいて代表ビート信号を生成する代表ビート信号生成部と、前記代表ビート信号の中から、複数のゲート区間のそれぞれに含まれる抽出代表ビート信号を抽出する代表ビート信号抽出部と、前記代表ビート信号抽出部によって抽出された複数の前記抽出代表ビート信号のそれぞれを周波数変換して得られる複素データの絶対値を算出する絶対値算出部と、を更に備え、前記処理対象信号選択部は、複数の前記抽出ビート信号の中から、前記絶対値が最も小さい複素データに対応する抽出ビート信号を前記処理対象信号として選択する。

（５）前記複数のゲート区間のうちの少なくとも２つは、それぞれの一部が時間領域において重なっている。

（６）前記処理対象信号抽出部は、前記ビート信号の位相の変化量が所定値以上となるビート信号位相ジャンプ時刻を検出するビート信号位相ジャンプ時刻検出部と、前記ビート信号の中から抽出ビート信号を抽出するゲート区間の中心時刻を前記ビート信号位相ジャンプ時刻からずらして前記ゲート区間を決定するゲート区間決定部と、を有し、前記処理対象信号抽出部は、前記抽出ビート信号に基づいて前記処理対象信号を生成する。

（７）前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記ビート信号の位相の変化量の算出結果に基づいて前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出する。

（８）前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記受信波から生成される信号の周波数の変化量の算出結果に基づいて前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出する。

（９）前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記探知装置を基準とした所定物標の位置に基づき、前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出する。

（１０）前記受波部は、複数の受波素子を有し、前記ビート信号生成部は、前記送信波、及び各前記受波素子で受波された前記受信波に基づいて、各前記受波素子に対応する前記ビート信号を生成し、前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、各前記受波素子で受波された前記受信波のうちの少なくとも１つから生成される代表信号から前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出し、前記処理対象信号抽出部は、各前記ビート信号の中から前記ゲート区間に含まれる前記抽出ビート信号を抽出し、各前記抽出ビート信号に対応する前記処理対象信号を生成する。

（１１）前記対象物標情報生成部は、ビームフォーミング法を用いて前記対象物標の方位を推定する。

（１２）前記探知装置は、前記抽出ビート信号に窓関数を乗算する窓関数乗算部を更に備え、前記処理対象信号抽出部は、前記窓関数が乗算された前記抽出ビート信号に基づいて前記処理対象信号を生成する。

（１３）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、上述したいずれかの探知装置としての水中探知装置である。

（１４）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、上述したいずれかの探知装置としてのレーダ装置である。

本発明によれば、対象物標の探知漏れを防止可能な探知装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。送波部から送波される超音波の、時間に対する周波数変化を示すグラフである。表示部に表示されるエコー画像の一例を示す図である。図１に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。送信信号、受信信号、高周波ローカル信号、及び低周波ローカル信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフである。（Ａ）は、第１乗算部から出力される信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフ、（Ｂ）は、第２乗算部から出力される信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフ、（Ｃ）は、加算部から出力される信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフ、である。ゲート区間について説明するための図であって、ゲート区間を、送信波及び受信波の時間に対する周波数変化を示すグラフとともに示す図である。比較例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図であって、図４に対応させて示す図である。比較例に係る水中探知装置の表示部に表示されるエコー画像の一例を示す図であって、図３に対応させて示す図である。本実施形態の信号処理部で生成されるグラフであって所定のピング時における各深さ位置からのエコー強度を示すグラフと、比較例の信号処理部で生成されるグラフであって所定のピング時における各深さ位置からのエコー強度を示すグラフと、を重ねて表示した図である。変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。図１２に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。ビート信号位相ジャンプ時刻と、ゲート区間決定部によって決定されるゲート区間の時間関係について説明するための図である。変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置の処理対象信号抽出部の構成を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。図１８に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。（Ａ）は、図１８に示す表示部に表示される表示画面の一例を示す図であって、（Ｂ）は、比較例に係る水中探知装置の表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。変形例に係る水中探知装置の処理対象信号抽出部の構成を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。図２２に示す選択番号決定処理部の構成を示すブロック図である。図２２に示す候補データ生成部の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る水中探知装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係る水中探知装置１は、いわゆるＣＴＦＭ(Continuous Transmission Frequency Modulated)方式の探知装置であって、例えば自船（例えば、漁船などの船舶）の船底に装備され、主に魚及び魚群等の物標の探知に用いられる。また、本実施形態に係る水中探知装置１では、２周波復調方式（dual demodulation, dual sweep demodulation）を用いてエコー信号の処理を行っているため、超音波が送波されてからエコーが戻ってくるまでの時間（いわゆるブラインド区間）においてビート信号の抽出ができない問題を解消でき、精度が高いエコー画像を得ることできる。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、送波部２と、受波部３と、送受信装置４と、信号処理部１０と、表示部７とを備えている。

送波部２は、送信波としての超音波を水中に送波するためのものであって、超音波が送波される送波面（図示省略）が海中に露出して鉛直下方へ向かうように、船底に対して固定される。

送波部２からは、周波数が掃引された超音波が送波される。より具体的には、送波部２からは、周波数が時間経過に応じて徐々に変化するチャープ波が、一定の周期毎に、連続的に送波される。図２は、送波部２から送波される超音波の、時間に対する周波数変化を示すグラフである。図２におけるＳＴは掃引時間を示し、ΔＦは掃引帯域幅を示している。

受波部３は、超音波が受波される受波面（図示省略）が海中に露出するように、船底に対して固定されている。受波部３は、送波部２から送波された超音波の反射波を、受信波として受波し、受信信号としての電気信号に変換する。

送受信装置４は、送信部５と、受信部６とを備えている。

送信部５は、信号処理部１０で生成された送信信号を増幅し、増幅後の高電圧送信信号を送波部２に印加する。

受信部６は、受波部３が出力する受信信号としての電気信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部６は、デジタル信号に変換された受信信号を、信号処理部１０に対して出力する。

信号処理部１０は、送信信号生成部１１と、ビート信号生成部１２と、処理対象信号抽出部２０と、対象物標情報生成部４０と、を備えている。この信号処理部１０は、例えばハードウェア・プロセッサ１８（例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）及び不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部１０を、送信信号生成部１１、ビート信号生成部１２、処理対象信号抽出部２０、及び対象物標情報生成部４０として機能させることができる。信号処理部１０は、送信信号を生成する処理と、受信部６から出力される受信信号を処理して物標の画像信号を生成する処理とを行う。信号処理部１０が有する各構成要素の構成及び動作については、詳しくは後述する。

図３は、表示部７に表示されるエコー画像の一例を示す図である。表示部７は、信号処理部１０から出力された画像信号に応じたエコー画像を表示画面に表示する。本実施形態では、表示部７は、自船下方における海中の状態を表示する。図３では、表示部７に、縦軸が深さ方向に対応し且つ横軸の単位がピング（ｐｉｎｇ）で表される２次元画面が表示される例を示している。１ピングは、あるタイミングで送波されたチャープ波の１掃引時間ＳＴ分又はそれより短い時間（例えば、後述するゲート区間の時間）に対応している。表示部７に表示されるエコー画像では、最新の画像信号から得られた縦１本分の画像が、画面中における最も右側の縦１本分のラインで表示され、過去の画像は、最新の画像信号が得られる毎に、１ピング分ずつ左方向へスクロールする。ユーザは、当該表示画面を見て、自船下方における海中の状態、例えば、単体魚及び魚群、海底の起伏、人工漁礁のような構造物の有無及び位置、を推測することができる。

また、表示部７では、自船下方の各深さ位置からのエコーの強度が、エコーの強度に応じた色調によって表示される。例えば一例として、表示部７では、エコー強度の高い位置が赤色で表示され、エコー強度が低くなるにつれて、橙、黄、緑、青、の色調が対応して付される。なお、図３では、便宜上、エコー強度の高さとドットハッチングの密度とを対応させて図示している。図３に示す例では、海底部分のエコー像Ａが表示部７に表示されている。また、図３に示す例では、海底部分のエコー像Ａの上側に魚群のエコー像が表示されている。本実施形態に係る水中探知装置１によれば、その理由については詳しくは後述するが、海底部分のエコー像Ａが鮮明に得られる。そうすると、例えば海底付近に位置する魚についても容易に探知することができる。

［信号処理部の構成］
図４は、信号処理部１０の構成を示すブロック図である。信号処理部１０は、図１及び図４を参照して、送信信号生成部１１と、ビート信号生成部１２と、処理対象信号抽出部２０と、対象物標情報生成部４０と、を有している。

送信信号生成部１１は、送波部２から送波される送信波の基となる送信信号としての電気信号を生成する。送信信号生成部１１で生成された送信信号ＴＸは、送信部５及びビート信号生成部１２へ送信される。

［ビート信号生成部の構成］
ビート信号生成部１２は、周波数解析の対象となるビート信号ＢＳを生成する。ビート信号生成部１２は、図４を参照して、高周波ローカル信号生成部１３と、低周波ローカル信号生成部１４と、第１乗算部１５と、第２乗算部１６と、加算部１７とを有している。

図５は、送信信号ＴＸ、受信信号ＲＸ、高周波ローカル信号ＬＯＨ、及び低周波ローカル信号ＬＯＬの、時間に対する周波数変化を示すグラフである。

高周波ローカル信号生成部１３は、送信信号生成部１１で生成される送信信号ＴＸに基づき、高周波ローカル信号ＬＯＨを生成する。高周波ローカル信号ＬＯＨは、図５を参照して、時間経過に応じて徐々に周波数が変化するチャープ波が送信信号と同じ周期毎に繰り返される信号である。高周波ローカル信号ＬＯＨの周波数は、送信信号ＴＸの周波数よりも高く設定される。高周波ローカル信号ＬＯＨの掃引時間及び掃引帯域幅は、送信信号ＴＸの掃引時間及び掃引帯域幅と同じである。

低周波ローカル信号生成部１４は、送信信号生成部１１で生成される送信信号ＴＸに基づき、低周波ローカル信号ＬＯＬを生成する。低周波ローカル信号ＬＯＬは、図５を参照して、高周波ローカル信号ＬＯＨと同様、時間経過に応じて徐々に周波数が変化するチャープ波が送信信号と同じ周期毎に繰り返される信号である。低周波ローカル信号ＬＯＬの周波数は、送信信号ＴＸの周波数よりも高く、且つ高周波ローカル信号ＬＯＨの周波数よりも低く設定される。低周波ローカル信号ＬＯＬの掃引時間及び掃引帯域幅は、送信信号ＴＸ及び高周波ローカル信号ＬＯＨの掃引時間及び掃引帯域幅と同じである。

第１乗算部１５は、高周波ローカル信号生成部１３によって生成された高周波ローカル信号ＬＯＨと受信信号ＲＸとをミキシング（言い換えれば、乗算）する。そして、第１乗算部１５は、その演算結果から高周波ローカル信号ＬＯＨの周波数と受信信号ＲＸの周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７に出力する。図６（Ａ）は、第１乗算部１５でのミキシングにより得られた信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフである。

第２乗算部１６は、低周波ローカル信号生成部１４によって生成された低周波ローカル信号ＬＯＬと受信信号ＲＸとをミキシングする。そして、第２乗算部１６は、その演算結果から低周波ローカル信号ＬＯＬの周波数と受信信号ＲＸの周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７に出力する。図６（Ｂ）は、第２乗算部１６でのミキシングにより得られた信号の、時間に対する周波数変化を示すグラフである。

加算部１７は、第１乗算部１５から出力される信号と第２乗算部１６から出力される信号とを加算する。そして、加算部１７は、その加算結果をビート信号ＢＳとして処理対象信号抽出部２０へ出力する。図６（Ｃ）は、加算部１７から出力される信号であるビート信号ＢＳの、時間に対する周波数変化を示すグラフである。

［処理対象信号抽出部の構成］
処理対象信号抽出部２０は、加算部１７から出力されたビート信号ＢＳの中から、対象物標情報生成部４０での処理対象となる信号である処理対象信号を抽出する。処理対象信号抽出部２０は、図４を参照して、３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、３つの窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、３つの周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、絶対値算出部２４と、最小値選択部２５と、処理対象信号選択部としてのデータ選択部２６と、を有している。

図７は、ゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３について説明するための図であって、ゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３を、送信信号ＴＸ及び受信信号ＲＸの時間に対する周波数変化を示すグラフとともに示す図である。

３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、前側ビート信号抽出部２１ａ、基本ビート信号抽出部２１ｂ、後側ビート信号抽出部２１ｃで構成されている。３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、ビート信号ＢＳのうち、各ゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３（具体的には、前側ゲート区間Ｇ_１、基本ゲート区間Ｇ_２、後側ゲート区間Ｇ_３）に含まれる部分を抽出する。図７を参照して、各ゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３は、互いのゲート幅が同じとなるように設定されている。前側ゲート区間Ｇ_１は、基本ゲート区間Ｇ_２よりも前側に設定されている。具体的には、前側ゲート区間Ｇ_１は、抽出開始時刻が基本ゲート区間Ｇ_２よりも早い時刻となるように設定されている。後側ゲート区間Ｇ_３は、基本ゲート区間Ｇ_２よりも後側に設定されている。具体的には、後側ゲート区間Ｇ_３は、抽出開始時刻が基本ゲート区間Ｇ_２よりも遅い時刻となるように設定されている。より具体的には、前側ゲート区間Ｇ_１は、基本ゲート区間Ｇ_２の前側の半分とオーバーラップするように設定され、後側ゲート区間Ｇ_３は、基本ゲート区間Ｇ_２の後側の半分とオーバーラップするように設定されている。なお、図７での図示は省略するが、基本ゲート区間Ｇ_２は、送信波の送信周期と同期するように設定されている。

前側ビート信号抽出部２１ａは、ビート信号の中から、前側ゲート区間Ｇ_１内に含まれる信号を、前側信号Ｓａとして抽出する。基本ビート信号抽出部２１ｂは、ビート信号ＢＳの中から、基本ゲート区間Ｇ_２内に含まれる信号を、基本信号Ｓｂとして抽出する。後側ビート信号抽出部２１ｃは、ビート信号ＢＳの中から、後側ゲート区間Ｇ_３内に含まれる信号を、後側信号Ｓｃとして抽出する。そして、次のピングの処理に移る場合は、基本ゲート区間Ｇ_２をゲート幅分遅い時間にずらし、その区間に含まれるビート信号を抽出し、基本信号Ｓｂとする。前側信号Ｓａ、基本信号Ｓｂについても同様である。前側信号Ｓａ、基本信号Ｓｂ、及び後側信号Ｓｃは、抽出ビート信号として抽出される。

各窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、各ビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対応して設けられている。各窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃには、複数（本実施形態の場合、Ｎ個）の窓関数が記憶されている。複数の窓関数としては、例えば、σの値が互いに異なる複数のガウス窓が用いられる。窓関数乗算部２２ａは、前側ゲート区間Ｇ_１に含まれる前側信号ＳａにＮ個の窓関数を乗算し、Ｎ個の窓処理後前側信号Ｓａ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。また、窓関数乗算部２２ｂは、基本ゲート区間Ｇ_２に含まれる基本信号ＳｂにＮ個の窓関数を乗算し、Ｎ個の窓処理後基本信号Ｓｂ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。また、窓関数乗算部２２ｃは、後側ゲート区間Ｇ_３に含まれる後側信号ＳｃにＮ個の窓関数を乗算し、Ｎ個の窓処理後後側信号Ｓｃ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。

各周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、各窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに対応して設けられている。各周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、対応する窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃから出力されたＮ個の窓処理後信号Ｓａ_ｎ，Ｓｂ_ｎ，Ｓｃ_ｎのそれぞれを周波数解析し、窓処理後信号毎に振幅及び位相を示すデータを生成する。なお、このデータは、振幅スペクトル及び位相スペクトルであり、以下では、これらをまとめて複素スペクトルと称する場合もある。周波数解析部２３ａは、Ｎ個の窓処理後前側信号Ｓａ_ｎのそれぞれについて複素スペクトルを算出し、周波数解析部２３ｂは、Ｎ個の窓処理後基本信号Ｓｂ_ｎのそれぞれについて複素スペクトルを算出し、周波数解析部２３ｃは、Ｎ個の窓処理後後側信号Ｓｃ_ｎのそれぞれについて複素スペクトルを算出する。すなわち、３つの周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃによって、３Ｎ個の複素スペクトルを得ることができる。これら３Ｎ個の複素スペクトル（言い換えれば、複素データ）のそれぞれには、互いに異なるインデックス（例えば番号）が付される。なお、周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃで行われる周波数解析手段として、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などが挙げられる。

絶対値算出部２４は、３Ｎ個の複素スペクトルのそれぞれの各点の複素値の絶対値を算出する。具体的には、絶対値算出部２４は、各複素データの実部の２乗と虚部の２乗とを加算した値の平方根をとることにより、各複素データの絶対値を算出する。これにより、絶対値算出部２４によれば、深さ位置毎に３Ｎ個の絶対値が算出される。

最小値選択部２５は、絶対値算出部２４によって算出された深さ位置毎の３Ｎ個の絶対値のうち最も値が小さい絶対値を選択し、その絶対値が算出された複素データに対応して付された番号を、各深さ位置における選択番号として、データ選択部２６に出力する。

データ選択部２６は、最小値選択部２５から出力された選択番号に対応する番号が付された複素データを、処理対象信号として対象物標情報生成部４０へ出力する。データ選択部２６は、深さ位置毎に選択した処理対象信号を、ＩＱエコーデータとして順次、対象物標情報生成部４０へ出力する。すなわち、データ選択部２６によれば、深さ位置毎に、前側信号Ｓａ、基本信号Ｓｂ、及び後側信号Ｓｃのいずれかに基づく信号が選択される。その結果、処理対象信号抽出部２０では、送信波の送信周期とは非同期である処理対象信号が抽出される。

なお、図示は省略したが、処理対象信号抽出部２０における各周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの前段又は後段には、帯域制限処理部が設けられている。これにより、受信信号に含まれる不要な成分を除去することができる。

対象物標情報生成部４０は、処理対象信号抽出部２０から出力されたＩＱエコーデータに基づいて、対象物標（例えば海底、魚等）に関する情報を生成する。具体的には、ＩＱエコーデータに検波とログ変換を施し、ログ変換後の信号を信号レベルに応じて色変換することで、画像信号を生成する。本実施形態では、対象物標情報生成部４０は、海中の画像信号を生成する。対象物標情報生成部４０によって生成された画像信号は、上述したように表示部７に出力され、表示部７には、図３を参照して、当該画像信号に応じたエコー画像が表示される。

［従来技術の問題点］
図８は、比較例に係る水中探知装置の信号処理部１１０の構成を示すブロック図であって、図４に対応させて示す図である。また、図９は、比較例に係る水中探知装置の表示部に表示されるエコー画像の一例を示す図であって、図３に対応させて示す図である。

比較例に係る水中探知装置の信号処理部１１０は、従来から知られている水中探知装置に設けられた信号処理部１１０であって、上記実施形態に係る水中探知装置１の信号処理部１０と比べて、以下の点が異なっている。具体的には、信号処理部１１０では、３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの代わりに１つのビート信号抽出部１２１が設けられ、３つの窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの代わりに１つの窓関数乗算部１２２が設けられ、３つの周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの代わりに１つの周波数解析部１２３が設けられている。また、信号処理部１１０では、絶対値算出部２４、最小値選択部２５、及びデータ選択部２６が省略された構成となっている。

比較例に係る信号処理部１１０では、上記実施形態と同様の構成を有するビート信号生成部１２によって、ビート信号ＢＳが生成される。そして、信号処理部１１０では、ビート信号ＢＳの中から、送信信号の周期と同期するように設定された基本ゲート区間Ｇ_２に含まれる信号が、処理対象信号として抽出される。信号処理部１１０では、このようにして選択された処理対象信号のそれぞれが、上記実施形態と同様の構成を有する対象物標情報生成部４０によって処理されることにより、画像信号が生成される。

ところで、比較例に係る水中探知装置で生成されるエコー画像の中には、図９に示すように、海底部分のエコー像Ｂから上方又は下方に延びる細長い複数の虚像Ｃが表示される場合がある。このような虚像Ｃが表示されてしまうと、海底部分のエコー像Ｂの正確な形状が把握できないだけでなく、海底付近に位置する魚を探知することができなくなってしまう。

この点につき、本願発明者は、上述のような虚像Ｃが発生する原因を発見した。具体的には、図７を参照して、本願発明者は、２周波復調方式を用いた従来の水中探知装置において、予め周期が設定された基本ゲート区間Ｇ_２の中心付近にビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰ（具体的には、ビート信号の位相が不連続となる位置）がある場合に生じるレンジサイドローブに起因して、虚像Ｃが生じることを発見した。

図１０は、本実施形態の信号処理部１０で生成されるグラフであって所定のピング時における各深さ位置からのエコー強度を示すグラフ（具体的には、図１０において実線で図示されているグラフ）と、比較例の信号処理部１１０で生成されるグラフであって所定のピング時における各深さ位置からのエコー強度を示すグラフ（具体的には、図１０において破線で図示されているグラフ）と、を重ねて表示した図である。

比較例に係る水中探知装置では、処理対象信号が抽出される区間として予め周期が設定された基本ゲート区間Ｇ２の中心部付近にビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰがある場合、図１０の破線で示すグラフに示すように、海底エコー付近に大きなサイドローブが生じてしまい、海底付近のターゲットが埋もれてしまう。

これに対して、本実施形態に係る水中探知装置１では、上述のようなレンジサイドローブを以下のようにして低減することにより、虚像Ｃを除去している。具体的には、本実施形態では、タイミングが異なる３つのゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３のそれぞれによって抽出される信号のうち絶対値が最も小さい信号が処理対象信号として選択されている。すなわち、本実施形態では、送信信号の周期である送信周期とは非同期となるゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３によって、処理対象信号が抽出される。そうすると、あるゲート区間の中心部付近にビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰが生じる場合であっても、他のゲート区間によって抽出された信号が選択されるため、海底エコーのサイドローブが低減される。これにより、図１０の実線で示すグラフのように、海底付近に存在するターゲット（例えば、海底付近に位置する魚）を探知することが可能になる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る水中探知装置１では、ビート信号ＢＳの中から送信周波数の掃引周期である送信周期とは非同期である処理対象信号が抽出され、当該処理対象信号に基づいて、対象物標に関する情報（本実施形態の場合、海中のエコー画像）が生成される。そうすると、上述のように、海底のエコーに起因するサイドローブを低減することができるため、当該サイドローブに探知対象となる物標が埋もれてしまうことを防止できる。

従って、水中探知装置１によれば、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できるため、対象物標の探知漏れを防止できる。

また、水中探知装置１では、複数のゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３のそれぞれに含まれる抽出ビート信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの中から、処理対象信号が選択される。これにより、送信周波数の掃引周期である送信周期とは非同期となる処理対象信号を容易に抽出することができる。

また、水中探知装置１では、窓処理後信号Ｓａ_ｎ，Ｓｂ_ｎ，Ｓｃ_ｎのそれぞれを周波数変換して得られる複素データの絶対値が最も小さい複素データに対応する窓処理後信号Ｓａ_ｎ，Ｓｂ_ｎ，Ｓｃ_ｎが処理対象信号として選択される。これにより、サイドローブの影響を適切に低減でき、対象物標の探知漏れを防止できる。

また、水中探知装置１では、複数のゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３のうちの少なくとも２つ（本実施形態の場合、前側ゲート区間Ｇ_１と基本ゲート区間Ｇ_２、基本ゲート区間Ｇ_２と後側ゲート区間Ｇ_３）は、それぞれの一部が時間領域において重なっている。これにより、物標のエコー強度がピングごとに大きく変動してしまうことを防止できる。

また、水中探知装置１では、各抽出ビート信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに対して窓関数が乗算されることにより得られた窓処理後信号Ｓａ_ｎ，Ｓｂ_ｎ，Ｓｃ_ｎが、処理対象信号の候補となる。これにより、サイドローブの影響がより低減された処理対象信号を得ることができる。

また、水中探知装置１では、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減でき、且つ対象物標の探知漏れを防止できる水中探知装置を提供できる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）図１１は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ａの構成を示すブロック図である。上述した実施形態の信号処理部１０の処理対象信号抽出部２０には、ビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとの間に窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを設けたが、これに限らず、図１１に示す処理対象信号抽出部２０ａのように、窓関数乗算部が省略された構成であってもよい。このような構成であっても、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを避けてゲート区間を設定することができるため、上述した実施形態の場合と同様、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できる。

（２）図１２は、変形例に係る水中探知装置１ｂの構成を示すブロック図である。本変形例に係る水中探知装置１ｂは、上記実施形態に係る水中探知装置１と比べて、処理対象信号抽出部の構成が異なっている。以下では、上記実施形態と構成が異なる部分について主に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。

図１３は、図１２に示す水中探知装置１ｂの信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。上述した実施形態の処理対象信号抽出部２０では、互いにタイミングが異なる３つのゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３のそれぞれによって抽出された信号のうち絶対値が小さい信号が選択されたが、これに限らない。本変形例の処理対象信号抽出部２０ｂでは、詳しくは図１４を参照して後述するが、ゲート区間Ｇ_０の位置を決定する前に予めビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰが検出される。そして、ゲート区間Ｇ_０の中心時刻Ｃｔがビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰからずれるように、ゲート区間Ｇ_０の位置が決定される。

本変形例の処理対象信号抽出部２０ｂは、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７と、ゲート区間決定部２８と、ビート信号抽出部２１と、窓関数乗算部２２と、周波数解析部２３と、を有している。

ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７は、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを検出するためのものである。具体的には、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７には、第１乗算部１５からの出力信号（具体的には、高周波ローカル信号ＬＯＨと受信信号ＲＸとがミキシングされた信号のうち、ＬＯＨ，ＲＸの周波数の差を周波数成分として有する信号）と、第２乗算部１６からの出力信号（具体的には、低周波ローカル信号ＬＯＬと受信信号ＲＸとがミキシングされた信号のうち、ＬＯＬ，ＲＸの周波数の差を周波数成分として有する信号）とが入力される。そして、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７は、例えば一例として、各出力信号の瞬時位相を随時算出し、その瞬時位相が大きく変化した時刻を、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰとして検出する。

図１４は、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰと、ゲート区間決定部２８によって決定されるゲート区間Ｇ_０の時間関係について説明するための図である。

ゲート区間決定部２８は、図１４を参照して、ゲート区間Ｇ_０の中心時刻Ｃｔがビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰからずれるように、ゲート区間Ｇ_０の位置を決定する。具体的には、ゲート区間決定部２８は、例えば一例として、ゲート区間Ｇ_０の中心時刻Ｃｔとビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰとのずれ量（言い換えれば、時間間隔）が所定時間Δｔとなるように、ゲート区間Ｇ_０の位置を決定する。しかし、これに限らず、ゲート区間決定部２８は、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰがゲート区間Ｇ_０に含まれないように、ゲート区間Ｇ_０の位置を決定してもよい。こうすると、サイドローブを大きく低減することができる。また、これらに限らず、ゲート区間決定部２８は、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰがゲート区間Ｇ_０の端部に含まれるように、ゲート区間Ｇ_０の位置を決定してもよい。これは、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰがゲート区間Ｇ_０の端部に含まれる場合であれば、後段の窓関数乗算部２２によってサイドローブをある程度低減することができるからである。こうすると、非同期性に起因するエコー強度のピング間の変動と、サイドローブに起因する虚像と、の両方をある程度軽減することができる。

ビート信号抽出部２１は、ビート信号ＢＳの中から、ゲート区間決定部２８によって決定されたゲート区間Ｇ_０に含まれる部分を、抽出ビート信号として抽出して窓関数乗算部２２へ出力する。窓関数乗算部２２は、ビート信号抽出部２１から出力された信号に対して所定の窓関数を乗算して周波数解析部２３へ出力する。周波数解析部２３は、窓関数乗算部２２から出力された信号を周波数解析することにより得られた複素データを、ＩＱエコーデータとして対象物標情報生成部４０へ出力する。

以上のように、水中探知装置１ｂでは、第１乗算部１５からの出力信号及び第２乗算部１６からの出力信号に基づいて検出されたビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰと、ゲート区間Ｇ_０の中心時刻Ｃｔとがずれるように、ゲート区間Ｇ_０が決定される。このようにゲート区間Ｇ_０を決定しても、上記実施形態の場合と同様、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できる。

また、水中探知装置１ｂでは、第１乗算部１５及び第２乗算部１６からの出力信号の瞬時位相（具体的には、ビート信号の位相の変化量）が随時算出され、その瞬時位相が大きく変化した時刻が、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰとして検出される。これにより、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを適切に算出することができる。

なお、本変形例では、第１乗算部１５からの出力信号及び第２乗算部１６からの出力信号の瞬時位相が大きく変化する時刻をビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰとして検出するビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７を構成した。しかし、これに限らず、例えば、第１乗算部１５からの出力信号及び第２乗算部１６からの出力信号の瞬時周波数（具体的には、ビート信号の周波数の変化量）、或いは受信部６からの受信信号ＲＸの瞬時周波数（具体的には、受信信号ＲＸの周波数の変化量）、を検出し、それらが大きく変化した時刻を、ビート信号位相ジャンプ時刻として検出してもよい。このようにしてビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを算出しても、上述した場合と同様、適切にビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを算出できる。

（３）図１５は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係る信号処理部１０ｃは、図１３に示す信号処理部１０ｂの処理対象信号抽出部２０ｂと比べて、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部の構成及び動作が異なっている。具体的には、図１３に示すビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７では、各乗算部１５，１６からの出力信号に基づいてビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを検出している。これに対して、本変形例のビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７ａは、水中探知装置外のシステムからの情報に基づいて、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを検出している。具体的には、例えば、ＧＰＳから得られる水中探知装置が装備された自船の位置情報と、海図、水深・等深線データ等とから得られる海底の深さ位置が、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７ａに入力される。ビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７ａは、その海底の深さ位置に基づいて、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを検出する。このような構成であっても、上記実施形態の場合と同様、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できる。

（４）図１６は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｄの構成を示すブロック図である。図１５に示す変形例の処理対象信号抽出部２０ｃでは、水中探知装置外のシステムからの情報に基づいてビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを検出したが、これに限らない。本変形例の処理対象信号抽出部２０ｄのビート信号位相ジャンプ時刻検出部２７ｂは、あるピングにおけるビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを、対象物標情報生成部４０によって検出された、１つ前のピングにおける海底の深さ位置に関する情報に基づいて、決定する。具体的には、例えば一例として、あるピングにおけるビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰは、１つ前のピングにおける海底の深さ位置（具体的には、１つ前のピングにおける最もレベルの高いエコーのピークの深さ位置）に基づいて決定される。このような構成であっても、上記実施形態の場合と同様、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できる。

（５）図１７は、変形例に係る水中探知装置の処理対象信号抽出部２０ｅの構成を示すブロック図である。本変形例に係る水中探知装置は、図１２に示す変形例に係る水中探知装置１ｂと比べて、処理対象信号抽出部の構成が異なっている。具体的には、本変形例の処理対象信号抽出部２０ｅは、図１３に示す処理対象信号抽出部２０ｂと比べて、窓関数乗算部及び周波数解析部の動作が異なっている。また、処理対象信号抽出部２０ｅは、図１３に示す処理対象信号抽出部２０ｂに対して、絶対値算出部２４、最小値選択部２５、及びデータ選択部２６を更に備えた構成となっている。

本変形例でも、図１２に示す変形例の場合と同様、ゲート区間は、当該ゲート区間の中心時刻がビート信号位相ジャンプ時刻からずれるように設定される。ビート信号抽出部２１は、そのようにして設定されたゲート区間内に含まれる信号を抽出し、窓関数乗算部２２ｅに出力する。

窓関数乗算部２２ｅには、上記実施形態の窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの場合と同様、複数の（例えばＮ個の）窓関数が記憶されている。そして、窓関数乗算部２２ｅは、ビート信号抽出部２１からの信号にＮ個の窓関数のそれぞれを乗算し、Ｎ個の窓処理後信号を算出する。

周波数解析部２３ｅは、Ｎ個の窓処理後信号のそれぞれを周波数解析し、Ｎ個の複素スペクトルを生成する。

絶対値算出部２４は、Ｎ個の複素スペクトルのそれぞれを検波することによって得られる複素データのそれぞれの絶対値を算出する。

最小値選択部２５は、絶対値算出部２４によって算出されたＮ個の絶対値のうち最も値が小さい絶対値を選択し、その絶対値が算出された複素データに対応して付された番号を、各深さ位置における選択番号として、データ選択部２６に出力する。

データ選択部２６は、最小値選択部２５から出力された選択番号に対応する番号が付された複素データを、処理対象信号として対象物標情報生成部４０へ出力する。データ選択部２６は、深さ位置毎に選択した処理対象信号を、ＩＱエコーデータとして順次、対象物標情報生成部４０へ出力する。

以上のように、本変形例に係る水中探知装置によれば、図１２に示す変形例の場合と同様、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰを避けてゲート区間を設定できるため、適切なゲート区間を設定できる。

また、本変形例の水中探知装置によれば、ビート信号抽出部２１によって抽出された抽出ビート信号に対して複数の窓関数が掛けられ、複数の窓処理後信号が生成される。そして、当該複数の窓処理後信号から得られる複素データの絶対値が算出され、その絶対値が最も小さい窓処理後信号が、処理対象信号として選択される。そうすると、最もサイドローブを低減可能な窓関数が掛けられた抽出ビート信号が処理対象信号として選択されるため、より適切にサイドローブを低減できる。

（６）図１８は、変形例に係る水中探知装置１ｆの構成を示すブロック図である。また、図１９は、図１８に示す信号処理部１０ｆのブロック図である。本変形例に係る水中探知装置１ｆは、上記実施形態に係る水中探知装置１と比べて、受波部及び信号処理部の構成が大きく異なっている。以下では、上記実施形態と異なる部分について主に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。

受波部８は、直線状に配列された複数の（本変形例の場合、Ｍ個の）受波素子としての超音波素子Ｓｍ（ｍ＝１，２，…Ｍ）を有している。各超音波素子Ｓｍは、超音波を受波する受波面が海中に露出するように、船底に対して固定されている。各超音波素子Ｓｍで受波された超音波は、受信信号としての電気信号に変換され、受信部６による増幅及びＡ／Ｄ変換が行われた後、Ｍ個の超音波素子Ｓｍのそれぞれに対応して設けられたチャンネルＣＨｍを通じて、信号処理部１０ｆに出力される。

信号処理部１０ｆは、送信信号生成部１１と、ビート信号生成部１２ｆと、処理対象信号抽出部２０ｆと、対象物標情報生成部４０ｆとを有している。送信信号生成部１１は、上記実施形態の場合と同様、送波部２から送波される送信波の基となる送信信号を生成する。当該送信信号は、送信部５及びビート信号生成部１２ｆへ送信される。

ビート信号生成部１２ｆは、各チャンネルＣＨｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）を通じて入力された各超音波素子Ｓｍからの受信信号ＲＸｍのそれぞれに基づき、ビート信号ＢＳｍを生成する処理を行う。ビート信号生成部１２ｆは、高周波ローカル信号生成部１３と、低周波ローカル信号生成部１４と、Ｍ個の第１乗算部１５と、Ｍ個の第２乗算部１６と、Ｍ個の加算部１７と、を有している。

高周波ローカル信号生成部１３は、上記実施形態の場合と同様にして、高周波ローカル信号ＬＯＨを生成する。低周波ローカル信号生成部１４も、上記実施形態の場合と同様にして、低周波ローカル信号ＬＯＬを生成する。高周波ローカル信号ＬＯＨは、各チャンネルＣＨｍに対応して設けられた複数の第１乗算部１５のそれぞれに出力される。一方、低周波ローカル信号ＬＯＬは、各チャンネルＣＨｍに対応して設けられた複数の第２乗算部１６のそれぞれに出力される。

各第１乗算部１５には、対応する超音波素子Ｓｍからの受信信号ＲＸｍと、高周波ローカル信号生成部１３によって生成された高周波ローカル信号ＬＯＨとが入力される。各第１乗算部１５では、これらの信号がミキシングされる。そして、各第１乗算部１５は、その演算結果から高周波ローカル信号ＬＯＨの周波数と受信信号ＲＸｍの周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７に出力する。

各第２乗算部１６には、対応する超音波素子Ｓｍからの受信信号ＲＸｍと、低周波ローカル信号生成部１４によって生成された低周波ローカル信号ＬＯＬとが入力される。各第２乗算部１６では、これらの信号がミキシングされる。そして、各第２乗算部１６は、その演算結果から低周波ローカル信号ＬＯＬの周波数と受信信号ＲＸｍの周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７に出力する。

各加算部１７は、第１乗算部１５から出力される信号と第２乗算部１６から出力される信号とを加算する。そして、各加算部１７は、その加算結果をビート信号ＢＳｍとして、各加算部１７に対応して設けられたビート信号抽出部２１へ出力する。

処理対象信号抽出部２０ｆは、Ｍ個のビート信号抽出部２１、窓関数乗算部２２、及び周波数解析部２３と、代表信号生成部２９と、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部３０と、ゲート区間決定部３１と、を有している。

代表信号生成部２９は、各超音波素子Ｓｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）から得られた受信信号ＲＸｍの代表信号を生成する。例えば、代表信号生成部２９は、全ての受信信号ＲＸｍを総和することにより、代表信号を生成する。なお、代表信号生成部２９での代表信号の生成手法は、全ての受信信号ＲＸｍの総和に限らず、その他の手法によって代表信号を生成してもよい。例えば、Ｍ個の超音波素子Ｓｍのうち所定の超音波振動子（例えば、直線状に配置された超音波素子のうちの中心部に位置する超音波振動子）の受信信号を、代表信号としてもよい。或いは、直線状に配置された超音波素子のうちの端部に配置された超音波素子を除く超音波振動子、のそれぞれで得られた受信信号を総和することにより、代表信号を生成してもよい。

ビート信号位相ジャンプ時刻検出部３０は、代表信号生成部２９で生成された代表信号において、ビート信号の位相のジャンプが発生している位置を検出する。具体的には、例えば一例として、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部３０は、代表信号の瞬時周波数を随時算出し、その瞬時周波数が大きく変化した時刻を、ビート信号位相ジャンプ時刻として検出する。なお、ビート信号位相ジャンプ時刻検出部３０でのビート信号位相ジャンプ時刻の検出手法はこれに限らず、本明細書中に記載したその他の手法であってもよい。

ゲート区間決定部３１は、図１２から図１４を用いて説明した上記変形例の場合と同様、ゲート区間の中心時刻がビート信号位相ジャンプ時刻からずれるように、ゲート区間の位置を決定する。具体的には、例えば一例として、上記変形例の場合と同様、ゲート区間の中心時刻とビート信号位相ジャンプ時刻とのずれ量（言い換えれば、時間間隔）が所定時間となるように、ゲート区間の位置を決定する。しかし、これに限らず、ゲート区間決定部３１は、ビート信号位相ジャンプ時刻ＪＰがゲート区間に含まれないように、ゲート区間の位置を決定してもよい。ゲート区間決定部３１によって決定されたゲート区間は、各ビート信号抽出部２１へ通知される。

各ビート信号抽出部２１は、対応するチャンネルＣＨｍを通じて入力されたビート信号ＢＳｍの中から、ゲート区間決定部３１によって決定されたゲート区間に含まれる部分を抽出して、対応する窓関数乗算部２２へ出力する。窓関数乗算部２２は、対応するビート信号抽出部２１から出力された信号に対して所定の窓関数を乗算して、対応する周波数解析部２３へ出力する。周波数解析部２３は、対応する窓関数乗算部２２から出力された信号を周波数解析することにより得られた複素データを、ＩＱエコーデータとして対象物標情報生成部４０ｆへ出力する。これにより、対象物標情報生成部４０ｆには、各受信信号ＲＸｍに対応して生成されたＩＱエコーデータが入力される。

対象物標情報生成部４０ｆは、各超音波素子Ｓｍに対応して生成されたＩＱエコーデータを用いて、自船を基準とした対象物標の方位及び距離を、例えば一例としてビームフォーミング処理を行うことにより算出する。また、対象物標情報生成部４０ｆは、このようにして算出された対象物標の方位及び距離に基づき、自船下方の画像信号を生成する。

図２０（Ａ）は、図１８に示す表示部７に表示される表示画面の一例を示す図である。また、図２０（Ｂ）は、比較例に係る水中探知装置の表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。図２０（Ａ）及び（Ｂ）では、自船下方に１１個のターゲットを配置した状況において各水中探知装置を作動させた場合の探知結果を示している。

比較例に係る水中探知装置では、本変形例に係る水中探知装置１ｆのような代表信号を生成する処理、及び代表信号に対して適切なゲート区間を決定する処理が行われていない。このような水中探知装置では、図２０（Ｂ）に示すように、ターゲットの探知漏れが発生する。その理由について詳しく説明すると、比較例に係る水中探知装置では、チャンネル毎に独立して各受信信号ＲＸｍに対応して決定したゲート区間に基づき、各チャンネルのＩＱエコーデータを算出し、それらをビームフォーミング処理している。そうすると、各チャンネルのＩＱエコーデータの位相関係がずれるため、上述のようなターゲットの探知漏れが発生する。

これに対して、本変形例に係る水中探知装置１ｆでは、比較例に係る水中探知装置のような探知漏れが発生せず、自船下方に配置した１１個のターゲット全てを確認することができた。

以上のように、本変形例に係る水中探知装置１ｆによっても、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と同様、対象物標の探知漏れを防止することができる。

また、水中探知装置１ｆによれば、ビームフォーミング法を用いることにより、対象物標の方位を推定することができる。

（７）図２１は、変形例に係る水中探知装置の処理対象信号抽出部２０ｇの構成を示すブロック図である。本変形例に係る水中探知装置は、図１９に示す処理対象信号抽出部２０ｆと比べて、窓関数乗算部及び周波数解析部の動作が異なっている。また、処理対象信号抽出部２０ｇは、図１９に示す処理対象信号抽出部２０ｆに対して、チャンネル毎に、絶対値算出部２４、最小値選択部２５、及びデータ選択部２６を更に備えた構成となっている。なお、絶対値算出部２４、最小値選択部２５、及びデータ選択部２６の構成及び動作は、図１７に示すそれらの構成及び動作と同じであるため、その説明を省略する。

本変形例でも、図１９に示す変形例の場合と同様、ゲート区間は、当該ゲート区間の中心時刻が代表信号のビート信号位相ジャンプ時刻からずれるように設定される。チャンネル毎に設けられたビート信号抽出部２１は、上述のようにして設定されたゲート区間内に含まれる信号を抽出し、対応する窓関数乗算部２２ｇに出力する。

各窓関数乗算部２２ｇには、上記実施形態の窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの場合と同様、複数の（例えばＮ個の）窓関数が記憶されている。そして、各窓関数乗算部２２ｇは、ビート信号抽出部２１からの信号にＮ個の窓関数のそれぞれを乗算し、Ｎ個の窓処理後信号を算出する。

各周波数解析部２３ｇは、Ｎ個の窓処理後信号のそれぞれを周波数解析し、Ｎ個の複素スペクトルを生成する。

以上のように、本変形例に係る水中探知装置によれば、図１９に示す変形例に係る水中探知装置の場合と同様、対象物標の探知漏れを防止することができる。

また、本変形例に係る水中探知装置によれば、図１７に示す変形例の処理対象信号抽出部２０ｅの場合と同様、最もサイドローブを低減可能な窓関数が掛けられた抽出ビート信号が処理対象信号として選択されるため、より適切にサイドローブを低減できる。

（８）上述した変形例では、処理対象信号の候補となる複数の信号の中から、絶対値が最も小さい信号を処理対象信号として選択したものもあるが、これに限らず、その他の判定基準を用いて処理対象信号を決定してもよい。具体的には、例えば一例として、所定深さ位置の処理対象信号を決定する場合、当該深さ位置前後の位置のエコー強度に応じて、前記所定深さ位置の処理対象信号を決定してもよい。

（９）上記実施形態では、信号処理部１０による信号処理が、受信部６によってＡ／Ｄ変換された後の受信信号ＲＸに対して行われているが、これに限らず、信号処理部１０による信号処理は、Ａ／Ｄ変換前の受信信号に対して行われてもよい。

（１０）上記実施形態では、３つのゲート区間Ｇ_１〜Ｇ_３を設定したが、これに限らず、２又は４以上のゲート区間を設定してもよい。また、上記実施形態では、基本ゲート区間Ｇ_２と前側ゲート区間Ｇ_１（又は後側ゲート区間Ｇ_３）とのオーバーラップ範囲が、基本ゲート区間Ｇ_２の前側半分（又は後側半分）となるように設定したが、これに限らない。具体的には、上記オーバーラップ範囲は、基本ゲート区間Ｇ_２の半分を超えていてもよく、又は半分未満であってもよい。

（１１）図２２は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｈの構成を示すブロック図である。また、図２３は、図２２に示す選択番号決定処理部３３の構成を示すブロック図である。また、図２４は、図２２に示す候補データ生成部１９の構成を示すブロック図である。図１８に示す水中探知装置１ｆでは、代表信号に基づいてビート信号位相ジャンプ時刻を検出し、当該時刻を避けるように（或いは当該時刻がゲート区間の中心からずれるように）ゲート区間を設定することにより、サイドローブを低減するのに適切なゲート区間を設定した。しかし、これに限らず、以下で示すような手法を用いてもよい。この手法では、エコー画像を生成するための処理対象信号の抽出の仕方（すなわち、ゲート区間の設定の仕方）が、図１８に示す水中探知装置１ｆの手法と異なっている。以下では、図１８に示す変形例と異なる信号処理部について説明し、その他の部分については説明を省略する。

本変形例の信号処理部１０ｈは、図２２を参照して、送信信号生成部１１と、ビート信号生成部１２ｆと、処理対象信号抽出部２０ｈと、対象物標情報生成部４０ｆとを有している。送信信号生成部１１、ビート信号生成部１２ｆ、及び対象物標情報生成部４０ｆは、図１８に示す変形例に係る水中探知装置１ｆのそれらと構成が同じであるため、その説明を省略する。

処理対象信号抽出部２０ｈは、代表信号生成部２９と、代表ビート信号生成部３２と、選択番号決定処理部３３と、複数の（本変形例の場合、Ｍ個の）候補データ生成部１９及びデータ選択部２６ａと、を有している。代表信号生成部２９は、図１９に示す代表信号生成部２９を構成が同じであるため、その説明を省略する。

代表ビート信号生成部３２は、第３乗算部１５ａと、第４乗算部１６ａと、加算部１７ａとを有している。

第３乗算部１５ａには、代表信号生成部２９で生成された代表信号と、高周波ローカル信号生成部１３によって生成された高周波ローカル信号ＬＯＨとが入力される。第３乗算部１５ａでは、これらの信号がミキシングされる。そして、第３乗算部１５ａは、その演算結果から高周波ローカル信号ＬＯＨの周波数と代表信号の周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７ａに出力する。

第４乗算部１６ａには、代表信号生成部２９で生成された代表信号と、低周波ローカル信号生成部１４によって生成された低周波ローカル信号ＬＯＬとが入力される。第４乗算部１６ａでは、これらの信号がミキシングされる。そして、第４乗算部１６ａは、その演算結果から低周波ローカル信号ＬＯＬの周波数と代表信号の周波数との差を周波数成分として有する信号を抽出し、その信号を加算部１７ａに出力する。

加算部１７ａは、第３乗算部１５ａから出力される信号と第４乗算部１６ａから出力される信号とを加算する。そして、加算部１７ａは、その加算結果を代表ビート信号ＢＳ_Ｒとして、選択番号決定処理部３３へ出力する。

選択番号決定処理部３３は、図２３を参照して、複数の（本変形例の場合、３つの）代表ビート信号抽出部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ、窓関数乗算部２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ、及び周波数解析部２３ｄ，２３ｅ，２３ｆと、絶対値算出部２４ａと、最小値選択部２５ａとを有している。

３つの代表ビート信号抽出部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、前側代表ビート信号抽出部２１ｄ、基本代表ビート信号抽出部２１ｅ、及び後側代表ビート信号抽出部２１ｆを有している。これらの動作については、これらの各代表ビート信号抽出部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆが取り扱う信号が代表ビート信号である点を除き、上記実施形態における３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと同じであるため、その説明を省略する。なお、各代表ビート信号抽出部２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、代表ビート信号ＢＳ_Ｒから、抽出代表ビート信号を抽出する。また、窓関数乗算部２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ及び周波数解析部２３ｄ，２３ｅ，２３ｆについても、これらが取り扱う信号が代表ビート信号に基づく信号である点を除き、上記実施形態の窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃと動作が同じであるため、その説明を省略する。３つの周波数解析部２３ｄ，２３ｅ，２３ｆからは、それぞれに番号が付された３Ｎ個の複素データ（以下、代表信号複素データと称する）が出力される。

絶対値算出部２４ａは、周波数解析部２３ｄ，２３ｅ，２３ｆから出力された３Ｎ個の代表信号複素データのそれぞれの各点の複素値の絶対値を算出する。これにより、絶対値算出部２４ａによれば、距離サンプル（言い換えれば、深さ位置）毎に３Ｎ個の絶対値が算出される。

最小値選択部２５ａは、絶対値算出部２４ａによって算出された距離サンプル毎の３Ｎ個の絶対値のうち最も値が小さい絶対値を選択し、その絶対値が算出された代表信号複素データに対応して付された番号を、各距離サンプルにおける選択番号として、各データ選択部２６ａに出力する。

各候補データ生成部１９は、図２４を参照して、３つのビート信号抽出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、３つの窓関数乗算部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、３つの周波数解析部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを有している。これらの動作については、上記実施形態の場合と同様であるため、その説明を省略する。すなわち、各候補データ生成部１９からは、それぞれに番号が付された３Ｎ個の複素データが出力される。なお、これら複数の複素データのそれぞれに付された番号は、複数の代表信号複素データに付された番号と、同じ規則性に基づいて決定されている。具体的には、ゲート区間（本変形例の場合、前側ゲート区間、基本ゲート区間、後側ゲート区間）の位置と、乗算された窓関数の種類（本変形例の場合、互いに異なるＮ個の窓関数）との組み合わせのそれぞれに対応して決定された番号が、３Ｎ個の代表信号複素データ及び３Ｎ個の複素データのそれぞれに付されている。

データ選択部２６ａは、最小値選択部２５ａから出力された選択番号に対応する番号が付された複素データを、処理対象信号として対象物標情報生成部４０ｆへ出力する。データ選択部２６ａは、距離サンプル毎に選択した処理対象信号を、ＩＱエコーデータとして順次、対象物標情報生成部４０ｆへ出力する。すなわち、データ選択部２６ａによれば、距離サンプル毎に、前側信号Ｓａ、基本信号Ｓｂ、及び後側信号Ｓｃのいずれかに基づく信号が選択される。その結果、処理対象信号抽出部２０ｈでは、送信波の送信周期とは非同期である処理対象信号が抽出される。

以上のように、本変形例に係る水中探知装置では、代表信号に基づいてどのゲート区間及びどの窓関数が掛けられた複素データを選択するかが決定され、その複素データに基づいてエコー画像が生成される。具体的には、本変形例では、代表信号に基づいて生成された代表ビート信号に対して、前側ゲート区間、基本ゲート区間、後側ゲート区間内の信号が抽出され、それぞれに対して窓関数の付加と周波数解析とが行われた後、各信号に対して絶対値の算出及び最小値の選択が行われ、距離サンプル毎の選択信号が出力される。一方、各チャンネルのそれぞれの受信信号から得られたビート信号ＢＳｍに対しても、前側ゲート区間、基本ゲート区間、後側ゲート区間内の信号が抽出され、それぞれに対して窓関数の付加と周波数解析とが行われ、複数の複素データの算出が行われる。このようにして得られた複数の複素データの中から、前記代表信号に基づいて得られた選択信号と同じ番号の複素データが選択され、当該複素データに基づいてエコー画像が生成される。これにより、各チャンネル間の複素データの位相関係のずれを防止できるため、後段に設けられた対象物標情報生成部４０ｆで適切にビームフォーミング処理を行うことができる。このような手法であっても、上記実施形態の場合と同様、物標に起因するピーク波形に伴って生じるサイドローブを低減できるため、対象物標の探知漏れを防止できる。

（１２）図２５は、本発明の実施形態に係るレーダ装置９のブロック図である。上述した実施形態及び変形例では、本発明を水中探知装置に適用する例を挙げて説明したが、これに限らず、図２５に示すように、レーダ装置に適用することもできる。これにより、対象物標の探知漏れを防止可能なレーダ装置を提供できる。なお、レーダ装置９の構成及び動作は、上記実施形態及び変形例に係る水中探知装置と比べて、送波部として電磁波の送波が可能な送波用アンテナ２ａが設けられている点と、受波部として電磁波の受波が可能な受波用アンテナ３ａが設けられている点と、送信波及び受信波として電磁波が取り扱われている点を除いて概ね同様であるため、その説明を省略する。

１，１ｂ，１ｆ水中探知装置（探知装置）
２，２ａ送波部
３，３ａ受波部
９レーダ装置（探知装置）
１２，１２ｆビート信号生成部
２０，２０ａ〜２０ｇ処理対象信号抽出部
４０，４０ｆ対象物標情報生成部

Claims

ＣＴＦＭ方式の探知装置であって、
周波数掃引された送信波を所定の送信周期で送波する送波部と、
前記送信波が対象物標で反射した反射波を受信波として受波する受波部と、
前記送信波及び前記受信波に基づいてビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号生成部によって生成されたビート信号の中から、前記送信周期とは非同期である処理対象信号を抽出する処理対象信号抽出部と、
前記処理対象信号に基づいて、前記対象物標に関する情報を生成する対象物標情報生成部と、
を備え、
前記処理対象信号抽出部は、
前記ビート信号の中から、複数のゲート区間のそれぞれに含まれる抽出ビート信号を抽出するビート信号抽出部と、
複数の前記抽出ビート信号の中から前記処理対象信号を選択する処理対象信号選択部と、
を有していることを特徴とする、探知装置。
請求項１に記載の探知装置において、
前記処理対象信号抽出部は、前記ビート信号抽出部によって抽出された複数の前記抽出ビート信号のそれぞれを周波数変換して得られる複素データの絶対値を算出する絶対値算出部を更に有し、
前記処理対象信号選択部は、複数の前記抽出ビート信号の中から、前記絶対値が最も小さい複素データに対応する抽出ビート信号を前記処理対象信号として選択することを特徴とする、探知装置。
請求項１に記載の探知装置において、
前記受波部は、複数の受波素子を有し、
前記ビート信号生成部は、前記送信波、及び各前記受波素子で受波された前記受信波に基づいて、各前記受波素子に対応する前記ビート信号を生成し、
前記処理対象信号抽出部は、
前記送信波と、各前記受波素子で受波された前記受信波のうちの少なくとも１つから生成される代表信号とに基づいて代表ビート信号を生成する代表ビート信号生成部と、
前記代表ビート信号の中から、複数のゲート区間のそれぞれに含まれる抽出代表ビート信号を抽出する代表ビート信号抽出部と、
前記代表ビート信号抽出部によって抽出された複数の前記抽出代表ビート信号のそれぞれを周波数変換して得られる複素データの絶対値を算出する絶対値算出部と、
を更に備え、
前記処理対象信号選択部は、複数の前記抽出ビート信号の中から、前記絶対値が最も小さい複素データに対応する抽出ビート信号を前記処理対象信号として選択することを特徴とする、探知装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記複数のゲート区間のうちの少なくとも２つは、それぞれの一部が時間領域において重なっていることを特徴とする、探知装置。
ＣＴＦＭ方式の探知装置であって、
周波数掃引された送信波を所定の送信周期で送波する送波部と、
前記送信波が対象物標で反射した反射波を受信波として受波する受波部と、
前記送信波及び前記受信波に基づいてビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号生成部によって生成されたビート信号の中から、前記送信周期とは非同期である処理対象信号を抽出する処理対象信号抽出部と、
前記処理対象信号に基づいて、前記対象物標に関する情報を生成する対象物標情報生成部と、
を備え、
前記処理対象信号抽出部は、
前記ビート信号の位相の変化量が所定値以上となるビート信号位相ジャンプ時刻を検出するビート信号位相ジャンプ時刻検出部と、
前記ビート信号の中から抽出ビート信号を抽出するゲート区間の中心時刻を前記ビート信号位相ジャンプ時刻からずらして前記ゲート区間を決定するゲート区間決定部と、
を有し、
前記処理対象信号抽出部は、前記抽出ビート信号に基づいて前記処理対象信号を生成することを特徴とする、探知装置。
請求項５に記載の探知装置において、
前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記ビート信号の位相の変化量の算出結果に基づいて前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出することを特徴とする、探知装置。
請求項５に記載の探知装置において、
前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記受信波から生成される信号の周波数の変化量の算出結果に基づいて前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出することを特徴とする、探知装置。
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、前記探知装置を基準とした所定物標の位置に基づき、前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出することを特徴とする、探知装置。
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記受波部は、複数の受波素子を有し、
前記ビート信号生成部は、前記送信波、及び各前記受波素子で受波された前記受信波に基づいて、各前記受波素子に対応する前記ビート信号を生成し、
前記ビート信号位相ジャンプ時刻検出部は、各前記受波素子で受波された前記受信波のうちの少なくとも１つから生成される代表信号から前記ビート信号位相ジャンプ時刻を検出し、
前記処理対象信号抽出部は、各前記ビート信号の中から前記ゲート区間に含まれる前記抽出ビート信号を抽出し、各前記抽出ビート信号に対応する前記処理対象信号を生成することを特徴とする、探知装置。
請求項９に記載の探知装置において、
前記対象物標情報生成部は、ビームフォーミング法を用いて前記対象物標の方位を推定することを特徴とする、探知装置。
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記抽出ビート信号に窓関数を乗算する窓関数乗算部を更に備え、
前記処理対象信号抽出部は、前記窓関数が乗算された前記抽出ビート信号に基づいて前記処理対象信号を生成することを特徴とする、探知装置。
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の探知装置としての水中探知装置。
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の探知装置としてのレーダ装置。