JP6757083B2 - Echo sounder and multi-beam echo sounder - Google Patents

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Description

本発明は、水中を伝搬する超音波を使用して深度を測定する音響測深装置及びマルチビーム音響測深装置に関する。 The present invention relates to an echo sounder and a multi-beam echo sounder that measure depth using ultrasonic waves propagating in water.

海洋での音響測深技術は古くから行われており、図1に示すように超音波振動子から超音波パルスを発射し、その音波が対象(海底)から反射してくるエコーをとらえて、水中の音波の伝搬速度(約1500m/s)を用いてその深度を計測するものである。この原理を用いた音響測深装置は50年以上も前から製品化されており、今日でもこの原理を用いて海底の深度測量が行われている。このエコーロケーションと呼ばれる技術はこれまで変わることなく、言い換えれば発展することなく使用され続けてきた。 Echo sounding technology in the ocean has been used for a long time. As shown in Fig. 1, an ultrasonic pulse is emitted from an ultrasonic transducer, and the echo that the sound wave reflects from the target (sea floor) is captured and underwater. The depth of the sound wave is measured using the propagation speed of the sound wave (about 1500 m / s). Echo sounding devices using this principle have been commercialized for more than 50 years, and even today, depth sounding of the seafloor is performed using this principle. This technique, called echolocation, has remained unchanged, in other words, undeveloped.

原理は、超音波パルス(例えば1msパルス幅)を発射し、500mの海底だと往復距離1000mを音波の水中速度Vuを1500m/sとすれば、1000/Vu=1000/1500=0.667秒かかって帰ってくるので、そのエコーを受信した後、再び超音波パルスを発射し、同時に船が進んだ分異なった場所の海底深度を計測するわけである。このように船の航行に伴って順次海底の深度を計測し、それを記録紙や画像として液晶画面に表示するのが音響測深装置と呼ばれるものである(例えば特許文献1参照)。 The principle is that if an ultrasonic pulse (for example, 1 ms pulse width) is emitted, the reciprocating distance is 1000 m on a seabed of 500 m, and the underwater speed Vu of the sound wave is 1500 m / s, 1000 / Vu = 1000/1500 = 0.667 seconds. After receiving the echo, the ultrasonic pulse is emitted again, and at the same time, the depth of the seabed at a different location is measured as the ship advances. In this way, an echo sounder is a device that sequentially measures the depth of the seabed as the ship sails and displays it on a liquid crystal screen as a recording paper or an image (see, for example, Patent Document 1).

これまでの音響測深装置は、超音波の水中での音速を考慮し、受信エコーより前に次の送信をしないように発信間隔をコントロールして、測深を行ってきた。図2に示すように、1つのビームだけを備えた測深装置をシングルビーム測深装置といい、近年登場した扇型に複数のビームが拡がるものをマルチビーム測深装置という(例えば特許文献2参照)。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を比較的高密度で計測できる。 The echo sounding device so far has taken into consideration the sound velocity of ultrasonic waves in water, and controlled the transmission interval so as not to transmit the next echo before the received echo to perform sounding. As shown in FIG. 2, a sounding device provided with only one beam is called a single-beam sounding device, and a fan-shaped sounding device that has appeared in recent years is called a multi-beam sounding device (see, for example, Patent Document 2). The multi-beam sounder can measure a wide range of depths at a time with relatively high density.

深度をD、送信パルスの送信間隔をTとし、(2D/1500)<Tの場合では、図3Aに示すように、送信パルスと受信エコーの時間差が(2D/1500)に対応したものとなり、この時間差から深度を測定できる。しかしながら、(2D/1500)≧Tの場合では、図3Bに示すように、次の送信パルスの送出後に受信エコーが到来するので、受信エコーがどちらの送信パルスに対応したものかが分からなくなり、時間差FDに基づいて誤った深度を計測することになる。したがって、従来では(2D/1500)<Tの条件が必要であった。 When the depth is D and the transmission interval of the transmission pulse is T, and (2D / 1500) <T, the time difference between the transmission pulse and the received echo corresponds to (2D / 1500) as shown in FIG. 3A. The depth can be measured from this time difference. However, in the case of (2D / 1500) ≥ T, as shown in FIG. 3B, since the received echo arrives after the transmission of the next transmission pulse, it becomes difficult to know which transmission pulse the received echo corresponds to. The wrong depth will be measured based on the time difference FD. Therefore, conventionally, the condition of (2D / 1500) <T was required.

送信周期を短くできないことは、測深の水平方向分解能を小さくできないことになる。図4を参照して船の進行方向(水平方向)の計測の分解能について説明する。船速V(m/s)で深度D(m)の測深を行う場合の水平方向の分解能ΔH(m)は次式で表される。
ΔH=VT>2DV/1500
If the transmission cycle cannot be shortened, the horizontal resolution of the bathymetry cannot be reduced. The resolution of measurement in the traveling direction (horizontal direction) of the ship will be described with reference to FIG. The horizontal resolution ΔH (m) when the depth D (m) is measured at the ship speed V (m / s) is expressed by the following equation.
ΔH = VT> 2DV / 1500

例えば船が10kt(時速10×1.852km)で航行し、送信の周期が1秒の場合、約5m毎にしか測深データは得られない。深度1,000mの海底を計測するには、送信周期Tを(1,000×2)/1,500=1.33秒以上にしないと計測できないが、船が10ktで航行すれば1.33秒後には6.7m進んでいるので、計測の分解能ΔHは6.67mということになる。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を計測できるが、船の進行方向の計測の分解能はシングルビームと同様である。 For example, if a ship sails at 10 kt (10 x 1.852 km / h) and the transmission cycle is 1 second, sounding data can be obtained only about every 5 m. In order to measure the seabed at a depth of 1,000 m, the transmission cycle T must be set to (1,000 x 2) /1,500 = 1.33 seconds or more, but it cannot be measured, but if the ship sails at 10 kt, it will be 1.33. Since it has advanced 6.7 m after a second, the measurement resolution ΔH is 6.67 m. The multi-beam sounder can measure a wide range of depths at once, but the resolution of the ship's direction of travel is similar to that of a single beam.

従来の音響測深装置では、計測の分解能を高くするためには船の速度を低下させる以外に方法がなかった。したがって、従来の音響測深装置は、測深の分解能を高くする場合に測深に要する時間が長くなる問題があった。 With conventional echo sounders, the only way to increase the resolution of measurement is to reduce the speed of the ship. Therefore, the conventional echo sounder has a problem that the time required for sounding becomes long when the resolution of the sounding is increased.

さらに、図5に示すように、海底を音波によって測量する場合、基準海面に対して波の動揺を受けて計測する深度は真の海底よりも深くなったり浅くなったりする。計測によって得られる海底深度は図6に示すようになり、真の海底までの距離を測定することができない。この問題を解決するために、動揺の成分を検出し、動揺補正することが必要とされる。 Further, as shown in FIG. 5, when the seabed is measured by sound waves, the depth of measurement due to the sway of waves with respect to the reference sea surface may be deeper or shallower than the true seabed. The seafloor depth obtained by the measurement is as shown in FIG. 6, and the distance to the true seafloor cannot be measured. In order to solve this problem, it is necessary to detect the sway component and correct the sway.

上述したように、従来の音響測深機では送信周期を短くすることができず、送信周期が波による動揺の周期に比べて長いか、又はほぼ等しいので、波の影響による動揺を検出して動揺補正することが困難であった。サンプリング定理から、動揺の周波数成分の最大値の2倍以上の周波数でサンプリングしなければ動揺成分を検出することは不可能である。したがって、動揺の補正をする場合、従来は特許文献3に示されるように、3軸の回転角及び変位量を検出し、検出結果によって動揺補正行うのが通常であった。 As described above, the conventional echo sounder cannot shorten the transmission cycle, and the transmission cycle is longer than or almost equal to the period of sway caused by the wave. Therefore, the sway caused by the influence of the wave is detected and the sway is detected. It was difficult to correct. From the sampling theorem, it is impossible to detect the sway component unless sampling is performed at a frequency that is at least twice the maximum value of the sway frequency component. Therefore, when correcting the sway, conventionally, as shown in Patent Document 3, it has been usual to detect the rotation angle and the amount of displacement of the three axes and perform the sway correction based on the detection result.

特開2001−083247号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-083247 特開2006−220436号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-220436 特開2010−025739号公報JP-A-2010-025739

動揺の変位量の検出のためには、加速度センサが使用される。加速度を1回積分することによって速度を求め、さらに、速度を積分することによって変位量が求められる。このような加速度センサを使用する動揺検出は、誤差が発生し、誤差の補正が必要となる問題があった。さらに、加速度センサを必要とし、コストの増加を招く問題があった。 An acceleration sensor is used to detect the displacement of the sway. The velocity is obtained by integrating the acceleration once, and the displacement amount is obtained by integrating the velocity. Shake detection using such an acceleration sensor has a problem that an error occurs and it is necessary to correct the error. Further, there is a problem that an acceleration sensor is required, which causes an increase in cost.

したがって、本発明の目的は、加速度センサを使用しないで受信信号を使用して動揺補正を行うことができる音響測深装置及びマルチビーム音響測深装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an echo sounder and a multi-beam echo sounder capable of performing sway correction using a received signal without using an acceleration sensor.

本発明は、動揺する水面上を移動する移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を周期的に超音波として移動体の下方に位置する測定対象に向けて送出する送信部と、
送信部から送出された超音波が測定対象で反射されることによるエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別する相関器と、
送信信号とエコーの時間差に対応する深度生データに対して動揺補正を行うことによって動揺成分を抑圧する動揺補正部と、
送信信号と同期して動揺成分が抑圧された相関器の出力信号を検波した信号を表示する表示装置とを備え、
表示装置は、画面上の上側のほぼ水平方向に延びる発信線を表示し、相関器の出力信号を検波した信号を色を付けて表示すると共に、隣接する送信タイミングにそれぞれ対応する検波信号を順次並べるように表示し、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、深度をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、且つ動揺成分の周期に比べてサンプリング定理を満足するものとなされた音響測深装置である。
また、本発明は、動揺する水面上を移動する移動体に設置され、水中の測定対象を探知するマルチビーム音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を周期的に超音波として移動体の下方に位置する測定対象に向けて送出する送信部と、
送信部から送出された超音波が測定対象で反射されることによるエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別する相関器と、
送信信号とエコーの時間差に対応する深度生データに対して動揺補正を行うことによって動揺成分を抑圧する動揺補正部と、
送信信号と同期して動揺成分が抑圧された相関器の出力信号を検波した信号を表示する表示装置とを備え、
表示装置は、画面上の上側のほぼ水平方向に延びる発信線を表示し、相関器の出力信号を検波した信号を色を付けて表示すると共に、隣接する送信タイミングにそれぞれ対応する検波信号を順次並べるように表示し、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、深度をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、且つ動揺成分の周期に比べてサンプリング定理を満足するものとなされ、
送信部によって扇状に多数の超音波ビームを送出する
マルチビーム音響測深装置である。
The present invention is an echo sounding device installed on a moving body that moves on a swaying water surface and detects an object to be measured in water.
A transmission signal forming unit having a modulation circuit for forming a transmission signal by modulating a carrier wave signal by a pseudo-noise sequence generator及beauty pseudo noise sequence signal to generate a pseudo noise sequence signal,
A transmitter that periodically sends out the transmitted signal as ultrasonic waves toward the measurement target located below the moving body,
A receiver that receives an echo due to the ultrasonic waves transmitted from the transmitter being reflected by the measurement target ,
By performing the correlation process by the pseudo-noise sequence signal echoes, the correlator determine what the corresponding echo transmission signal,
A sway correction unit that suppresses the sway component by performing sway correction on the depth raw data corresponding to the time difference between the transmitted signal and the echo .
It is equipped with a display device that displays a signal that detects the output signal of the correlator whose sway component is suppressed in synchronization with the transmission signal .
The display device displays the transmission line extending in the horizontal direction on the upper side of the screen, displays the detected signal of the correlator output signal in color, and sequentially displays the detected signals corresponding to the adjacent transmission timings. Display them side by side
The period of the transmitted signal is (2D / Vu) or less when the velocity of the sound wave in water is Vu and the depth is D, and the sound is satisfied with the sampling theorem as compared with the period of the shaking component. It is a sounding device.
Further, the present invention is a multi-beam echo sounding device installed on a moving body moving on a swaying water surface and detecting an object to be measured in water.
A transmission signal forming unit having a modulation circuit for forming a transmission signal by modulating a carrier wave signal by a pseudo-noise sequence generator及beauty pseudo noise sequence signal to generate a pseudo noise sequence signal,
A transmitter that periodically sends out the transmitted signal as ultrasonic waves toward the measurement target located below the moving body,
A receiver that receives an echo due to the ultrasonic waves transmitted from the transmitter being reflected by the measurement target ,
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmitted signal by correlating the echo with a pseudo-noise series signal,
A sway correction unit that suppresses the sway component by performing sway correction on the depth raw data corresponding to the time difference between the transmitted signal and the echo .
It is equipped with a display device that displays a signal that detects the output signal of the correlator whose sway component is suppressed in synchronization with the transmission signal .
The display device displays the transmission line extending in the horizontal direction on the upper side of the screen, displays the detected signal of the correlator output signal in color, and sequentially displays the detected signals corresponding to the adjacent transmission timings. Display them side by side
The period of the transmission signal is (2D / Vu) or less when the velocity of the sound wave in water is Vu and the depth is D, and the sampling theorem is satisfied as compared with the period of the swaying component.
It is a multi-beam echo sounding device that sends out a large number of ultrasonic beams in a fan shape by a transmitter.

本発明によれば、送信周期を短くすることができるので、水平方向の分解能を高くすることができ、例えば波による動揺成分を正確に検出することができ、検出された動揺成分を使用して動揺補正を行うことができる。加速度センサを使用しないので、コストの増加を防止でき、誤差の影響を少なくできる。また、測定対象が魚の場合に、魚影が動揺によってうねったものとして表示され、魚種などを正しく認識できない問題がある。本発明は、測定対象を表示する場合に正しく認識することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であっても良い。 According to the present invention, since the transmission cycle can be shortened, the resolution in the horizontal direction can be increased, for example, the sway component due to the wave can be accurately detected, and the detected sway component can be used. Agitation correction can be performed. Since the acceleration sensor is not used, the cost increase can be prevented and the influence of the error can be reduced. In addition, when the measurement target is a fish, the shadow of the fish is displayed as undulating due to shaking, and there is a problem that the fish species and the like cannot be correctly recognized. The present invention can be correctly recognized when displaying the measurement target. The effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present specification.

音響測深の原理を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the principle of echo sounding. シングルビーム測深とマルチビーム測深を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating single beam sounding and multi-beam sounding. 従来の音響測深装置の説明に用いる波形図である。It is a waveform diagram used for the explanation of the conventional echo sounding apparatus. 従来の音響測深装置の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram used to explain the horizontal resolution of a conventional echo sounder. 波による動揺を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for explaining the agitation by a wave. 波による動揺の影響を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for explaining the influence of agitation by a wave. 音響測深装置の一例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of an echo sounding apparatus. 音響測深装置における相関器の説明に用いるブロック図である。It is a block diagram used for explaining a correlator in an echo sounder. 相関器の出力の説明に用いる波形図である。It is a waveform diagram used for explaining the output of a correlator. 受信信号を表示する場合を説明する略線図である。It is a schematic diagram explaining the case of displaying a received signal. 送信信号の変調方法の一例を示す波形図である。It is a waveform figure which shows an example of the modulation method of a transmission signal. 音響測深装置の説明に用いる波形図である。It is a waveform diagram used for the explanation of an echo sounder. 音響測深装置の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram used for explaining the horizontal resolution of an echo sounder. 音響測深装置の説明に用いる波形図である。It is a waveform diagram used for the explanation of an echo sounder. 音響測深装置の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram used for explaining the horizontal resolution of an echo sounder. 音響測深装置のシミュレーションの結果を説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram which uses the simulation result of the echo sounder for explanation. 改良された音響測深装置のシミュレーションの結果を説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram which uses the simulation result of the improved echo sounder for explanation. 従来の音響測深装置による表示画像と改良された音響測深装置による表示画像を比較して示す略線図である。It is a schematic diagram which compares and shows the display image by a conventional echo sounder, and the display image by an improved echo sounder. 音響測深装置の送信信号の一例の波形図である。It is a waveform diagram of an example of a transmission signal of an echo sounder. 音響測深装置において二つのゴールドコード信号が重なった場合の説明に用いる波形図である。It is a waveform diagram used for the explanation when two Gold Code signals overlap in an echo sounder. 開口合成サイドスキャンソナーの原理を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of the aperture synthesis side scan sonar. 開口合成の指向特性を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating the directional characteristic of aperture synthesis. 開口合成の原理を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of aperture synthesis. 点ターゲットの一例を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows an example of a point target. 点ターゲットの一例の画像を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the image of an example of a point target. 点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the image before aperture synthesis and the image after aperture synthesis of an example of a point target. 点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the image before aperture synthesis and the image after aperture synthesis of an example of a point target. 2点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the image before aperture synthesis and the image after aperture synthesis of an example of a two-point target. マルチビーム音響測深機の説明に用いる略線図である。It is a schematic diagram used for the explanation of a multibeam echo sounder. マルチビーム音響測深機の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a multibeam echo sounder. 波浪による動揺の説明に使用する略線図である。It is a schematic diagram used to explain the agitation caused by waves. 動揺補正された海底を示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the seabed which corrected the sway. 本発明の一実施の形態における動揺補正の一例を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating an example of sway correction in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における動揺補正の一例を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of sway correction in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における動揺補正の他の例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating another example of sway correction in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における動揺補正の他の例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating another example of sway correction in one Embodiment of this invention. 動揺補正前のデータと動揺補正後のデータを示す略線図である。It is a schematic diagram which shows the data before sway correction and the data after sway correction. 本発明の一実施の形態における動揺補正のさらに他の例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating still another example of sway correction in one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態を説明するための略線図である。It is a schematic diagram for demonstrating another embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating another embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本発明の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
<1.改良された音響測深装置>
<2.開口合成>
<3.マルチビーム音響測深機>
<4.一実施の形態>
<5.他の実施の形態>
<6.応用例>
<7.変形例>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. It should be noted that the embodiments described below are suitable specific examples of the present invention and are provided with various technically preferable limitations. However, the scope of the present invention is particularly limited to the present invention in the following description. Unless otherwise stated, it is not limited to these embodiments.
The description of the present invention is given in the following order.
<1. Improved echo sounder>
<2. Aperture synthesis>
<3. Multibeam echo sounder >
<4. Embodiment>
<5. Other embodiments>
<6. Application example>
<7. Modification example>

<1.改良された音響測深装置>
波に対して動揺補正を行う場合、海上で船を静止させ、波により船が上下動することによる水深の変化を検出することによって、動揺成分を検出することができる。そして、測深の測定結果から検出した動揺成分をキャンセルすることによって動揺補正を行うことができる。このように、動揺成分の検出は、音響測深によってできるので、以下の説明では、最初に短い送信周期でもって深度を測定することを可能とする改良された音響測深装置について説明し、その後に動揺補正について説明する。
<1. Improved echo sounder>
When the sway correction is performed on the wave, the sway component can be detected by stopping the ship at sea and detecting the change in water depth due to the ship moving up and down by the wave. Then, the sway correction can be performed by canceling the sway component detected from the sounding measurement result. As described above, since the detection of the sway component can be performed by echo sounding, the following description first describes an improved echo sounder that enables the depth to be measured with a short transmission cycle, and then the sway. The correction will be described.

図7は、改良された音響測深装置の電気的構成を示す。一定周期のパルス信号の送信トリガパルスを発生する送信トリガ発生器1が設けられており、送信トリガパルスがPN系列発生器としてのゴールドコード発生器2及び表示又は記録装置10に供給される。表示及び/又は記録装置10は、液晶等の表示装置及び/又は半導体メモリ等の記録装置と表示又は記録のための演算装置とを含んでいる。 FIG. 7 shows the electrical configuration of an improved echo sounder. A transmission trigger generator 1 that generates a transmission trigger pulse of a pulse signal having a fixed period is provided, and the transmission trigger pulse is supplied to the Gold Code generator 2 as a PN sequence generator and the display or recording device 10. The display and / or recording device 10 includes a display device such as a liquid crystal display and / or a recording device such as a semiconductor memory and an arithmetic unit for display or recording.

ゴールドコード発生器2は、送信トリガパルスと同期してゴールドコードを発生する。ゴールドコード以外のM系列等のPN(Pseudorandom Noise)系列を使用しても良い。ゴールドコードがパルス変調器3に供給され、ゴールドコードが例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying)に よってデジタル変調される。搬送波の周波数は数kHz〜数百kH
zとされる。
The gold code generator 2 generates a gold code in synchronization with the transmission trigger pulse. A PN (Pseudo random Noise) sequence such as an M sequence other than the Gold Code may be used. The gold code is supplied to the pulse modulator 3, and the gold code is digitally modulated by, for example, BPSK (Binary Phase Shift Keying). The frequency of the carrier wave is several kHz to several hundred kHz
It is said to be z.

パルス変調器3の出力信号が送信アンプ4に供給され、送信アンプ4において増幅等の処理がなされる。送信アンプ4の出力信号が送波器5に供給される。送波器5から水中に対して超音波が送出される。発射された水中超音波のエコーが受波器6によって受波される。送波器5及び受波器6としては一体型の構成を使用してもよい。 The output signal of the pulse modulator 3 is supplied to the transmission amplifier 4, and the transmission amplifier 4 performs processing such as amplification. The output signal of the transmission amplifier 4 is supplied to the transmitter 5. Ultrasonic waves are transmitted from the transmitter 5 into the water. The echo of the emitted underwater ultrasonic wave is received by the receiver 6. An integrated configuration may be used for the transmitter 5 and the receiver 6.

受波器6からの受波データが受信アンプ7に供給され、増幅等の処理を受けて後、相関器8に供給される。相関器8の出力が検波回路9に供給される。相関器8によって送信パルスに対応する受信エコーが取り出される。検波回路9は表示のための演算(例えばA/D変換)を行う。検波回路9の出力が表示及び/又は記録装置10に供給され、送信パルスに対してエコーが受信されるまでの時間がそれぞれ表示及び/又は記録される。 The received data from the receiver 6 is supplied to the receiving amplifier 7, undergoes processing such as amplification, and then supplied to the correlator 8. The output of the correlator 8 is supplied to the detection circuit 9. The correlator 8 extracts the received echo corresponding to the transmitted pulse. The detection circuit 9 performs an operation for display (for example, A / D conversion). The output of the detection circuit 9 is supplied to the display and / or recording device 10, and the time until the echo is received with respect to the transmission pulse is displayed and / or recorded, respectively.

図8は、相関検出の処理を示している。受信エコー信号が4064ステップのシフトレジスタSRに直列に入力される。なお、シフトレジスタSRに対して前後の複数の受信エコー信号を加算するなどしてSN比を向上させることが好ましい。加算処理によってノイズが低減でき、低い送信出力とすることが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。シフトレジスタSRを動作させるシフトクロックが(20×8=1,600kHz=1.6MHz)とされている。この周波数は一例であって搬送波周波数(20kHz)の2倍以上の周波数のシフトクロックを使用できる。受信エコー信号がシフトレジスタSRに供給されることによって搬送波信号の8倍の周波数でもってサンプリングされる。 FIG. 8 shows the correlation detection process. The received echo signal is input in series to the shift register SR in 4064 steps. It is preferable to improve the SN ratio by adding a plurality of received echo signals before and after the shift register SR. Noise can be reduced by the addition processing, low transmission output can be achieved, and the device can be miniaturized and power-saving design can be performed. The shift clock that operates the shift register SR is (20 × 8 = 1,600 kHz = 1.6 MHz). This frequency is an example, and a shift clock having a frequency that is at least twice the carrier frequency (20 kHz) can be used. When the received echo signal is supplied to the shift register SR, it is sampled at a frequency eight times that of the carrier signal.

シフトレジスタSRに対して並列に演算回路EXA1〜EX127が設けられている。演算回路EXA1〜EX127のそれぞれは、排他的論理和回路と加算回路(4064回路)とから構成されている。演算回路EXA1〜EX127のそれぞれの排他的論理和回路に対して共通にシフトレジスタSRの4064ビットが供給される。 Arithmetic circuits EXA1 to EX127 are provided in parallel with the shift register SR. Each of the arithmetic circuits EXA1 to EX127 is composed of an exclusive OR circuit and an adder circuit (4064 circuit). 4064 bits of the shift register SR are commonly supplied to each of the exclusive OR circuits of the arithmetic circuits EXA1 to EX127.

一方、演算回路EXA1〜EX127のそれぞれの排他的論理和回路に対してゴールドコードのコードG1のレプリカ(レプリカは4064ビット)、コードG2のレプリカ、・・・、コードG127のレプリカがそれぞれ供給される。排他的論理和回路は、2つの入力のビットが同じ値であれば、出力が"0"となり、2つの入力のビットが異なる値であ
れば、出力が"1"となる。各排他的論理和回路の4064ビットの出力が加算される。加
算は、"1" の個数がNであれば、Nの値の振幅の信号を出力するものである。否定論理をとることによって、2つの入力が一致するほど大きな値の出力が得られる。演算回路EXA1〜EX127の加算出力は図9に示すものとなる。大きな振幅の出力が送信パルスのゴールドコードと一致する受信エコー信号を示している。
On the other hand, a replica of the gold code code G1 (replica is 4064 bits), a replica of the code G2, ..., A replica of the code G127 are supplied to each of the exclusive OR circuits of the arithmetic circuits EXA1 to EX127. .. In the exclusive OR circuit, if the bits of the two inputs have the same value, the output becomes "0", and if the bits of the two inputs have different values, the output becomes "1". The 4064-bit output of each exclusive OR circuit is added. If the number of "1" s is N, the addition outputs a signal having an amplitude of the value of N. By taking the negative logic, the output of a large value is obtained so that the two inputs match. The additional output of the arithmetic circuits EXA1 to EX127 is as shown in FIG. The large amplitude output indicates a received echo signal that matches the Gold Codes of the transmit pulse.

図10は、表示及び/又は記録装置10において表示を行う場合を説明するものである。表示及び/又は記録装置10に対しては送信トリガパルスが供給されており、送信トリガパルスのタイミングが画面の上側の発信線(0m)として表示される。送信トリガパルスに対する検波回路9からの検波信号を例えば色を付けて表示する。送信トリガパルスは数Hzから数十Hzの速い繰り返し信号であるので、相関器8からの送信トリガパルスのそれぞれに対応した検波信号を順次並べるように表示することによって、従来の音響測深装置と比較して数倍から数十倍の速さで測深画像が現れることになる。 FIG. 10 illustrates a case where the display and / or the recording device 10 performs the display. A transmission trigger pulse is supplied to the display and / or recording device 10, and the timing of the transmission trigger pulse is displayed as a transmission line (0 m) on the upper side of the screen. The detection signal from the detection circuit 9 for the transmission trigger pulse is displayed, for example, in color. Since the transmission trigger pulse is a fast repeating signal of several Hz to several tens of Hz, it is compared with the conventional echo sounding device by displaying the detection signals corresponding to each of the transmission trigger pulses from the correlator 8 in order. Then, the sounding image appears several times to several tens of times faster.

図11は、パルス変調の一例を説明するものである。例えば200kHzの搬送波の4周期 (4波)毎にゴールドコードのビットの"0"及び"1"と対応して位相を0及びπに切り替える。搬送波の周波数は一例であり、他の周波数であってもよく、BPSK以外のQPSK等の変調方式を使用してもよい。さらに、位相変調に限らず、振幅変調を使用してもよい。 FIG. 11 illustrates an example of pulse modulation. For example, the phase is switched between 0 and π corresponding to the gold code bits "0" and "1" every 4 cycles (4 waves) of a 200 kHz carrier wave. The frequency of the carrier wave is an example, and may be another frequency, and a modulation method such as QPSK other than BPSK may be used. Further, not only phase modulation but also amplitude modulation may be used.

相関器8においてデジタル信号処理で相関検出がなされる。1ビットが4周期で構成されており、各周期が8サンプルでデジタル化される。したがって、ゴールドコードのコードが127ビットの場合、一つの受信エコー信号は、(127×4×8=4064ビット)となる。 Correlation detection is performed by digital signal processing in the correlator 8. One bit is composed of 4 cycles, and each cycle is digitized with 8 samples. Therefore, when the code of the Gold Code is 127 bits, one received echo signal is (127 × 4 × 8 = 4064 bits).

上述した改良された音響測定装置では、送信信号及び受信エコー信号(海底エコー)を識別することができる。図12に示すように、送信信号Aと送信信号Bとが異なるゴールドコードとされている。送信信号Aと対応する受信エコー信号が送信信号Bの後に受信されてその受信エコー信号が送信Aに対応するものであることを識別できる。したがって、従来のような送信周期Tに関する制限((2D/1500)<T)をなくすことができる。 In the improved acoustic measuring device described above, the transmitted signal and the received echo signal (seafloor echo) can be identified. As shown in FIG. 12, the transmission signal A and the transmission signal B have different Gold Codes. It is possible to identify that the received echo signal corresponding to the transmission signal A is received after the transmission signal B and the received echo signal corresponds to the transmission A. Therefore, the conventional limitation on the transmission cycle T ((2D / 1500) <T) can be eliminated.

改良された音響測定装置では水平方向の分解能が次式に示すものとなる。
ΔH=VT
In the improved acoustic measuring device, the horizontal resolution is shown by the following equation.
ΔH = VT

例えば船が10kt(時速10×1.852km)で航行し、送信の周期が0.1秒の場合、ΔH=0.5mとなり、測深深度とは無関係に水平方向の分解能(計測間隔)を決めることができる。図13に示すように、深度にかかわらず、送信周期Tと船速Vのみから水平方向の分解能ΔHが決められる。さらに、6種類の送信信号を識別することができる場合を図14及び図15に模式的に示す。このように、送信周期Tを短いものとでき、深度とは関係なく測深が可能となり、高い水平の計測分解能を得ることができる。 For example, if the ship is sailing at 10 kt (10 x 1.852 km / h) and the transmission cycle is 0.1 seconds, ΔH = 0.5 m, and the horizontal resolution (measurement interval) is determined regardless of the depth measurement depth. be able to. As shown in FIG. 13, the resolution ΔH in the horizontal direction is determined only from the transmission cycle T and the ship speed V regardless of the depth. Further, the cases where six types of transmission signals can be identified are schematically shown in FIGS. 14 and 15. In this way, the transmission cycle T can be shortened, the depth can be measured regardless of the depth, and a high horizontal measurement resolution can be obtained.

なお、送信信号の識別は周波数などによっても行うことができるが、周波数弁別方式では使用する周波数範囲を広くすると、水中の伝搬損失が周波数によって異なるので、探知距離に周波数差が出るなど好ましくない。改良された音響測定装置では1つの周波数によって送信信号を識別するので、かかる問題が生じない。すなわち、送信信号を識別できるので、送信周期は従来のように海底のエコーが帰ってきてから次の送信信号を発射するという制約がなくなり、短い送信周期で測深が可能なり、水平方向の分解能を飛躍的に向上させることができる。 Although the transmission signal can be identified by frequency or the like, if the frequency range used in the frequency discrimination method is widened, the propagation loss in water differs depending on the frequency, which is not preferable because the detection distance has a frequency difference. Since the improved acoustic measuring device identifies the transmitted signal by one frequency, such a problem does not occur. That is, since the transmission signal can be identified, the transmission cycle is not restricted to emit the next transmission signal after the echo of the seabed returns, and the sounding can be performed in a short transmission cycle, and the resolution in the horizontal direction can be improved. It can be dramatically improved.

図16、図17及び図18を参照してシミュレーションの結果と実測の例とを説明する。図16は、従来の音響測深装置で得られる送信信号と受信エコー信号(海底エコー)である。送信周期は0.1sec で海底のエコーが0.07sec のあたりに現れている。送信信号はエコーが受信されてから次の送信を行い、送信を行ってから受信するまでの時間を計測することにより深度を知ることができる。この場合、水中音速を1500/sec とすれば、(0.07×1,500/2=52.5m)の深度を得ることができる。 The simulation results and actual measurement examples will be described with reference to FIGS. 16, 17, and 18. FIG. 16 shows a transmission signal and a reception echo signal (seafloor echo) obtained by a conventional echo sounder. The transmission cycle is 0.1 sec, and the echo of the seafloor appears around 0.07 sec. The depth of the transmission signal can be known by performing the next transmission after the echo is received and measuring the time from the transmission to the reception. In this case, if the speed of sound in water is 1500 / sec, a depth of (0.07 × 1,500 / 2 = 52.5 m) can be obtained.

一方、改良された音響測定装置による音響測深装置は、送信周期は深度に関わりなく決めることができ、図17の例では送信周期が0.05sec である。送信信号の間に海底の受信エコー信号が得られるが、送信信号には識別可能なコード番号A,B,C,・・・が付加されているので相関器を通過後には受信信号を識別できる。この例よりももっと短い送信周期でも識別可能となる。また、送信信号と受信信号が重なっても識別可能である。 On the other hand, in the echo sounding device using the improved sound measuring device, the transmission cycle can be determined regardless of the depth, and in the example of FIG. 17, the transmission cycle is 0.05 sec. The received echo signal on the seabed is obtained between the transmitted signals, but since the transmitted signals have identifiable code numbers A, B, C, ..., The received signals can be identified after passing through the correlator. .. Even a transmission cycle shorter than this example can be identified. Further, even if the transmission signal and the reception signal overlap, they can be identified.

実際の受信エコー信号について従来方式の音響測深装置の画像と改良された音響測定装置による音響測深装置の画像を比較してみる。図18A及び図18Bは、従来の音響測深装置の画像である。図18は、従来方式の音響測深機の画像と改良された音響測定装置による音響測深機の画像とを比較したものである。図18Aは、従来方式の画像で横軸が30秒の画像で、図18Bは、横軸が3秒の画像である。この例では1秒間に4回の送信を行った画像で、横軸はかなり粗い画像となる。 For the actual received echo signal, compare the image of the conventional echo sounding device with the image of the echo sounding device using the improved echo sounding device. 18A and 18B are images of a conventional echo sounder. FIG. 18 compares the image of the conventional echo sounder with the image of the echo sounder by the improved echo sounder. FIG. 18A is a conventional image with a horizontal axis of 30 seconds, and FIG. 18B is an image with a horizontal axis of 3 seconds. In this example, the image is transmitted four times per second, and the horizontal axis is a considerably coarse image.

これに対して図18Cは、改良された音響測定装置の方式を適用し送信周期を0.05sec とし、1秒間に20回の送信を行ったときの画像である。図18Dは、図18Cの一部を拡大したものである。図18Bと比較してかなり細かい横軸方向の分解能があることがわかる。送信周期を1秒間に50回にしたときの実際の送信信号は図19のようになる。200kHzの信号を5次127ビットのゴールドコードで4波を1ビットとして位相変調し、20ms毎に異なるゴールドコードで変調したパルス信号を並べて送信を行う。 On the other hand, FIG. 18C is an image when the improved method of the acoustic measuring device is applied, the transmission cycle is set to 0.05 sec, and transmission is performed 20 times per second. FIG. 18D is an enlargement of a part of FIG. 18C. It can be seen that there is a considerably finer resolution in the horizontal axis direction as compared with FIG. 18B. The actual transmission signal when the transmission cycle is set to 50 times per second is as shown in FIG. A 200 kHz signal is phase-modulated with a 5th order 127-bit Gold Code with 4 waves as 1 bit, and pulse signals modulated with different Gold Codes are arranged and transmitted every 20 ms.

1つのパルス幅Pdは、搬送波の周波数をfc、1ビットに使用する波の数をNサイクル、ゴールドコードの長さをMビットとすると、次の式で表すものとなる。
Pd=(1/fc)×N×M
One pulse width Pd is expressed by the following equation, where the carrier frequency is fc, the number of waves used for one bit is N cycles, and the length of the Gold Code is M bits.
Pd = (1 / fc) × N × M

搬送波周波数fc=200kHz、1ビットに使用する波の数N=4、ゴールドコードの長さM=127の場合にはパルス幅Pdは次に示すものとなる。
Pd=1/200000×4×127=0.00254=2.54msec
When the carrier frequency fc = 200 kHz, the number of waves used for one bit N = 4, and the length of the Gold Code M = 127, the pulse width Pd is as follows.
Pd = 1/20000 × 4 × 127 = 0.00254 = 2.54 msec

さらに送信周期を短くして、2つの送信パルスが重なるように送信しても、相関処理後は分離できる。図20は、2つのゴールドコード信号(GC1及びGC2)を重ねて送信又は受信しても、それら2つのゴールドコード信号を分離して検出できることを示すものである。 Even if the transmission cycle is further shortened and the two transmission pulses are transmitted so as to overlap each other, they can be separated after the correlation processing. FIG. 20 shows that even if two Gold Code signals (GC1 and GC2) are transmitted or received in an overlapping manner, the two Gold Code signals can be detected separately.

<2.開口合成>
次に開口合成について説明する。開口合成とは、1つの送受波器を動かすことによって長い開口の送受波器と等価となる指向性を形成し分解能を上げる手法で
ある。図21に示すように長さdの送受波器を移動させながら送受信を繰り返し、長さLの送受波器と等価となる水平方向の分解能を得る手法のことで、開口合成ソナーとして利用されている。簡単な説明をすれば、図22に示すように送受波器の長さdによる指向角に比べ、開口合成後の送受波器の長さLの指向角はその比d/Lだけ鋭くなるので分解能
が向上するというものである。
<2. Aperture synthesis>
Next, aperture synthesis will be described. Aperture synthesis is a method of increasing the resolution by forming a directivity equivalent to that of a transmitter / receiver with a long aperture by moving one transmitter / receiver. As shown in FIG. 21, it is a method of repeating transmission and reception while moving a transmitter / receiver of length d to obtain a horizontal resolution equivalent to that of a transmitter / receiver of length L, and is used as an aperture synthesis sonar. There is. To give a brief explanation, as shown in FIG. 22, the directional angle of the length L of the transmitter / receiver after aperture synthesis is sharper by the ratio d / L as compared with the directional angle of the length d of the transmitter / receiver. The resolution is improved.

図23に示す座標系で、P(x,y)の位置からの反射信号の合成信号S(x,y)は次式で表すことができる。 In the coordinate system shown in FIG. 23, the composite signal S (x, y) of the reflected signal from the position of P (x, y) can be expressed by the following equation.

ここでAnは指向性関数、tn はターゲットPまでの往復に要する時間で、水中音速をcとすると、次式で表すことができる。 Here, An is a directivity function, tn is the time required for the round trip to the target P, and if the speed of sound in water is c, it can be expressed by the following equation.

開口合成で分解能が向上することを計算機シミュレーションを用いて説明する。図24のような位置に点ターゲットがあったとすると、従来方式の音響測深装置又はソナーでは、このターゲットのエコーは図25で示すように円弧状の画像になる。図26Aはわかりやすいように一部分を拡大した画像となっているが、この画像は既に改良された音響測定装置による方式を採用しており、1秒間に20回の送信、すなわちこの画像の上では100回分のエコーのシミュレーション画像である。 It will be explained using computer simulation that the resolution is improved by aperture synthesis. Assuming that the point target is located at the position shown in FIG. 24, the echo of this target becomes an arc-shaped image as shown in FIG. 25 in the conventional echo sounder or sonar. FIG. 26A is an enlarged image of a part for easy understanding, but this image adopts a method using an already improved acoustic measuring device, and transmits 20 times per second, that is, 100 on this image. It is a simulation image of the echo of one time.

この画像から開口合成の手法を用いて処理すれば、図26Bに示すような画像になる。図26Cは図26Bの一部を拡大して示している。図26B及び図26Cから分かるように、点ターゲットが0.1m程度の分解能で探知できていることがわかる。開口合成の条件として、送信周期を0.05sec (20回/秒)、送受波器の移動速度を2m/sec 、開口長を10mとした。 If this image is processed using the technique of aperture synthesis, an image as shown in FIG. 26B can be obtained. FIG. 26C shows an enlarged part of FIG. 26B. As can be seen from FIGS. 26B and 26C, it can be seen that the point target can be detected with a resolution of about 0.1 m. As the conditions for aperture synthesis, the transmission cycle was 0.05 sec (20 times / sec), the moving speed of the transmitter / receiver was 2 m / sec, and the aperture length was 10 m.

同様に従来方式で開口合成手法を採用した場合の画像が図27Aのように、送信周期が1秒間に1回の場合、移動速度を2m/sec 、開口長を10mとしたとき、5回の送信しかできないので受信エコーも5回分しかない。したがって開口合成を行っても図27Bに示すような低分解能の画像しか得られない。 Similarly, as shown in FIG. 27A, when the aperture synthesis method is adopted in the conventional method, the image is 5 times when the transmission cycle is once per second, the moving speed is 2 m / sec, and the aperture length is 10 m. Since only transmission is possible, there are only 5 received echoes. Therefore, even if aperture synthesis is performed, only a low resolution image as shown in FIG. 27B can be obtained.

図28は、2つの点ターゲットを0.2m離して配置した場合の画像で、開口合成前(図28A)は2つの点ターゲットは分離できないが、開口合成後(図28B)は2つの点ターゲットを分離できている。図28Cは図28Bの一部を拡大して示している。 FIG. 28 is an image when the two point targets are arranged 0.2 m apart. The two point targets cannot be separated before the aperture synthesis (FIG. 28A), but the two point targets are after the aperture synthesis (FIG. 28B). Can be separated. FIG. 28C shows an enlarged part of FIG. 28B.

開口合成の手法は既存の技術であるが、改良された音響測定装置の手法を用いて送信周期を早めることにより開口合成の手法を有効に利用できる。すなわち、従来の開口合成方法では、従来の音響測深と同様、受信エコーが戻ってきてから次の送信を行うので、最大探知距離をRとしたときの送信周期Tは、上述したように(2R/1500<T)の関係を満たす必要がある。したがって、最大探知距離をR=500mとしたとき、(T>2×500/1500=0.67sec )にしなければならないので、通常1回/秒の送信周期となる。これに対し、改良された音響測定装置の手法を用いれば、送信周期は最大探知距離の制約を受けずに設定できるので、20回/秒が可能になり、開口合成を有効に使用することができる。 Although the aperture synthesis method is an existing technique, the aperture synthesis technique can be effectively used by advancing the transmission cycle by using the technique of the improved acoustic measuring device. That is, in the conventional aperture synthesis method, as in the conventional echo sounding, the next transmission is performed after the received echo returns, so that the transmission cycle T when the maximum detection distance is R is as described above (2R). It is necessary to satisfy the relationship of / 1500 <T). Therefore, when the maximum detection distance is R = 500 m, (T> 2 × 500/1500 = 0.67 sec) must be set, so that the transmission cycle is usually 1 time / sec. On the other hand, if the method of the improved acoustic measuring device is used, the transmission cycle can be set without being restricted by the maximum detection distance, so that 20 times / sec can be set, and aperture synthesis can be effectively used. it can.

上述した改良された音響測定装置の利点は次の通りである。
従来の音響測深装置等は、水中での音波の速度に制約を受けていたが、改良された音響測定装置ではこの制約が解消される。水中での音波の速度の制約とは、従来の音響測深装置等は送信信号を送出してから海底などのエコー信号を受信してから次の送信信号を送出していたことをいう。
従来の音響測深装置等で開口合成処理を行う場合、かかる制約から送信周期を早くできないので、開口内での受信データを増やすためには船速を遅くする方法しか取り得なかった。改良された音響測定装置の技術を採用すれば、従来の音響測深装置等に比べて数倍から数十倍の送信周期で送信信号を送出できるので、開口合成を行う場合、従来の技術に比べ圧倒的に有利である。
The advantages of the improved acoustic measuring device described above are as follows.
Conventional echo sounding devices and the like are restricted by the speed of sound waves in water, but improved acoustic measuring devices eliminate this restriction. The restriction on the speed of sound waves in water means that a conventional echo sounder or the like transmits a transmission signal, receives an echo signal from the seabed, and then transmits the next transmission signal.
When performing aperture synthesis processing with a conventional echo sounder or the like, the transmission cycle cannot be shortened due to such restrictions, so the only way to increase the received data in the aperture is to slow down the ship speed. If the technology of the improved echo sounding device is adopted, the transmission signal can be transmitted with a transmission cycle several times to several tens of times that of the conventional echo sounding device, so that when performing aperture synthesis, it is compared with the conventional technology. It is overwhelmingly advantageous.

音波の速度の制約により送信周期を短くできないので、受信信号は前の受信信号との相関がない場合が多いので複数の受信信号を加算するなどしてSN比を向上させることは困難である。一方改良された音響測定装置では、送信周期を飛躍的に短くできるので、前後の信号に相関がある。したがって、前後の受信信号を加算するなどしてSN比を向上できるので、低い送信出力でも受信信号を加算処理することが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。 Since the transmission cycle cannot be shortened due to the limitation of the sound wave speed, the received signal often has no correlation with the previous received signal, so it is difficult to improve the SN ratio by adding a plurality of received signals. On the other hand, in the improved acoustic measuring device, the transmission cycle can be dramatically shortened, so that there is a correlation between the signals before and after. Therefore, since the SN ratio can be improved by adding the received signals before and after, the received signal can be added even at a low transmission output, and the device can be miniaturized and the power saving design becomes possible.

なお、魚群探知機とよく似た技術としてレーダーが知られている。レーダーは空中で使用する機器のため電波を利用している。電波の速度は300,000km/sec であり、水中の音波の速度1.5km/sec と比較して200,000倍ものスピードがある。このため、レーダーの探知範囲を例えば100kmとしても、100kmの電波の往復時間は0.00067sec =0.67msとなり、送信周期は1msが可能となる。すなわち1秒間に1,000回の送信を行っても受信エコーと重なることはない。一方、水中で1,000mの海底を探知しようとすると、受信エコー信号は1,000×2/1500=1.33秒後に返ってくるので送信周期は1.5秒程度になる。レーダーと音響測深装置では、現実的な探知距離100kmと1,000mに対して1.5秒/1ms=1,500倍もの比が有り、音波の速度がいかに音響測深装置等の水中音響機器の送信周期に制約を与えているかわかる。改良された音響測定装置を使用すれば、この制約は解消され、送信周期を飛躍的に早くできるので、画期的な音響測深装置等を設計できることが可能となる。 Radar is known as a technology similar to that of fishfinders. Radar uses radio waves because it is a device used in the air. The speed of radio waves is 300,000 km / sec, which is 200,000 times faster than the speed of sound waves in water of 1.5 km / sec. Therefore, even if the detection range of the radar is set to 100 km, for example, the round-trip time of the radio wave of 100 km is 0.00067sec = 0.67 ms, and the transmission cycle can be 1 ms. That is, even if transmission is performed 1,000 times per second, it does not overlap with the received echo. On the other hand, when trying to detect the seabed of 1,000 m underwater, the received echo signal is returned after 1,000 × 2/1500 = 1.33 seconds, so the transmission cycle is about 1.5 seconds. With radar and echo sounder, there is a ratio of 1.5 seconds / 1 ms = 1,500 times to a realistic detection distance of 100 km and 1,000 m, and how the speed of sound waves is that of underwater acoustic equipment such as echo sounders. You can see if the transmission cycle is constrained. If an improved echo sounding device is used, this restriction can be eliminated and the transmission cycle can be dramatically shortened, so that an epoch-making echo sounding device or the like can be designed.

<3.マルチビーム音響測深機>
改良された音響測定装置の他の例としてマルチビーム音響測深機について述べる。図29に示すように、マルチビーム音響測深機は、船の進行方向に狭く、左右方向に広いファンビームと言われる指向性を持ち一つの送信機から送信信号が送信される。送信ビームとクロスするように、船の前後方向には広く、左右方向には狭いビームを複数有するので、マルチビーム音響測深機と称されるのである。図30は改良された音響測定装置の他の例のマルチビーム音響測深機の構成を示している。
<3. Multibeam echo sounder >
A multi-beam echo sounder will be described as another example of the improved acoustic measuring device. As shown in FIG. 29, the multi-beam echo sounder has a directivity called a fan beam that is narrow in the traveling direction of the ship and wide in the left-right direction, and a transmission signal is transmitted from one transmitter. It is called a multi-beam echo sounder because it has a plurality of beams that are wide in the front-rear direction and narrow in the left-right direction so as to cross the transmission beam. FIG. 30 shows the configuration of a multi-beam echo sounder of another example of an improved acoustic measuring device.

上述したのと同様に、送信側の構成として、送信トリガ発生器1、ゴールドコード発生器2、パルス変調器3、送信アンプ4及び送波器5が設けられている。送波器5から水中超音波が送出される。送信信号は、数Hzから数十Hzの送信周期を持つ信号である。 Similar to the above, the transmission side configuration includes a transmission trigger generator 1, a Gold Code generator 2, a pulse modulator 3, a transmission amplifier 4, and a transmitter 5. Underwater ultrasonic waves are transmitted from the transmitter 5. The transmission signal is a signal having a transmission cycle of several Hz to several tens of Hz.

マルチビーム音響測深機の受信部は、シングルビーム音響測深機の受信部と異なり、複数の受波器61 〜6N を有する。受波器61 〜6N に対して受信アンプ71 〜7N が接続され、受信アンプ71 〜7N に対して相関器81 〜8N が接続される。相関器81 〜8N
からの出力信号がゴールドコード毎の出力をビームフォーミング回路11に入力し、ビームフォーミングを行い、複数の受波ビームを形成する。
The receiver of the multi-beam echo sounder has a plurality of receivers 61 to 6N, unlike the receiver of the single-beam echo sounder. Receiving amplifiers 71 to 7N are connected to the receivers 61 to 6N, and correlators 81 to 8N are connected to the receiving amplifiers 71 to 7N. Correlator 81-8N
The output signal from is input to the beamforming circuit 11 for each gold code, beamforming is performed, and a plurality of received beams are formed.

ビームフォーミング回路11は、例えば米国特許第4,159,462号明細書に記載されているように、各相関器81 〜8N の出力がそれぞれ供給されるアナログ遅延回路とアナログ遅延回路の遅延素子を選択することによって所定の遅延を与える遅延選択マトリクスとアナログ遅延回路の出力を加算する加算回路とを含む回路である。ビームフォーミング回路11の出力が表示及び/又は記録装置10に供給され、送信パルスに対してエコーが受信されるまでの時間がそれぞれ表示及び/又は記録される。かかるマルチビーム音響測深機に対して改良された音響測定装置を適用した場合も上述と同様の作用効果を得ることができる。 The beamforming circuit 11 is a delay element of an analog delay circuit and an analog delay circuit to which the outputs of the correlators 81 to 8N are supplied, respectively, as described in, for example, US Pat. No. 4,159,462. It is a circuit including a delay selection matrix that gives a predetermined delay by selection and an adder circuit that adds the output of an analog delay circuit. The output of the beamforming circuit 11 is supplied to the display and / or recording device 10, and the time until the echo is received with respect to the transmission pulse is displayed and / or recorded, respectively. When an improved acoustic measuring device is applied to such a multi-beam echo sounder, the same effect as described above can be obtained.

<4.一実施の形態>
本発明による動揺補正装置の一実施の形態について説明する。図5及び図6を参照して説明したように、海底(海底面を意味する)を超音波によって計測する場合、基準海面に対して波の動揺を受けて計測する深度は真の海底よりも深くなったり浅くなったりする。図31は、波による船の動揺の周期が1Hzで、上下動が+/−1mを想定した場合の実際の海底に対して計測によって得られる海底計測値を示したものである。音響測深機による海底の計測値は動揺の影響を受けて変化する。船が波で持ち上げられたときには計測値は実際の海底の深度(破線で示す)よりも深く出るし、船が沈んだときは浅く出る。図31の例では真の海底(破線)に対して計測による深度データ(実線)が動揺の影響を受けていることがわかる。動揺補正を行った結果を図32に示す。図32に示すように、波による動揺成分を取り除いた結果、真の海底をほぼ検出することができる。海底が比較的平坦な場合、波による動揺は深度の変化としてとらえることができる。上述した音響測深装置は、送信信号の周期を短いものとできるので、波による動揺成分を検出することが可能である。鉛直方向の変化(深度の変化)以外にも揺れの成分が存在するが、検出され動揺成分には、揺れの成分も含まれているので、揺れの成分を別に扱う必要がない。このような点から本発明においては、送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、深度をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、且つ動揺成分の周期に比べてサンプリング定理を満足するものとなされる。
<4. Embodiment>
An embodiment of the sway correction device according to the present invention will be described. As explained with reference to FIGS. 5 and 6, when the seabed (meaning the seabed) is measured by ultrasonic waves, the depth measured by receiving wave sway with respect to the reference sea level is larger than that of the true seabed. It gets deeper and shallower. FIG. 31 shows the seafloor measurement values obtained by measurement with respect to the actual seafloor when the period of the ship's sway due to the waves is 1 Hz and the vertical movement is +/- 1 m. The value measured by the echo sounder on the seafloor changes under the influence of shaking. When the ship is lifted by waves, the measured values are deeper than the actual seafloor depth (shown by the dashed line), and when the ship is sunk, they are shallow. In the example of FIG. 31, it can be seen that the measured depth data (solid line) is affected by the sway with respect to the true seabed (broken line). The result of the sway correction is shown in FIG. As shown in FIG. 32, as a result of removing the swaying component due to the wave, the true seabed can be almost detected. If the seafloor is relatively flat, wave sway can be seen as a change in depth. Since the echo sounding device described above can shorten the period of the transmitted signal, it is possible to detect the swaying component due to the wave. There is a shaking component other than the change in the vertical direction (change in depth), but since the detected shaking component also includes the shaking component, it is not necessary to treat the shaking component separately. From this point of view, in the present invention, the period of the transmitted signal is (2D / Vu) or less when the velocity of the sound wave in water is Vu and the depth is D, and is compared with the period of the swaying component. It is made to satisfy the sampling theorem.

本発明の一実施の形態では、対象物(例えば海底)の真の深度の変化に比して動揺成分(例えば波)の変化がより激しいことに基づいて、周波数分離によって動揺成分を計測データから除去することによって動揺補正を行うものである。動揺成分の変化に比して深度変化が激しいような場合では、本発明の一実施の形態によって動揺補正が困難である。実際には、極端に起伏が激しい岩礁地帯を除いて多くの場合に本発明の一実施の形態による動揺補正を適用することができる。 In one embodiment of the present invention, the sway component is measured from the measured data by frequency separation based on the fact that the change in the sway component (for example, wave) is more severe than the change in the true depth of the object (for example, the seabed). The shaking is corrected by removing it. When the depth change is large compared to the change of the sway component, it is difficult to correct the sway by the embodiment of the present invention. In practice, the agitation correction according to one embodiment of the present invention can be applied in many cases except for extremely rugged reef areas.

周波数分離の方法の一例は、海底の深度データをフーリエ変換し、動揺成分と考えられる周波数領域を除去するようなフィルタを用いて動揺成分を除去した後、逆フーリエ変換を行えば真の海底に近い成分のみが再生される。図33は、この処理の流れを示すフローチャートである。 An example of the frequency separation method is to Fourier transform the depth data of the seafloor, remove the sway component using a filter that removes the frequency domain considered to be the sway component, and then perform the inverse Fourier transform to obtain the true seafloor. Only similar components are regenerated. FIG. 33 is a flowchart showing the flow of this process.

ステップST1:海底深度データをフーリエ変換する。フーリエ変換の結果、例えば図34に示すように、動揺成分を含むフーリエ変換データが得られる。図3の中心のピークが真の海底の周波数成分であり、1Hz付近の小さな山が波による動揺の周波数成分を示している。
ステップST2:フーリエ変換データをフィルタリングする。すなわち、図34において破線で示すように、0.5Hz以上の成分を除く処理を行い、1Hz付近の小さな山の成分を除去する。
ステップST3:フィルタリング後のデータを逆フーリエ変換する。この結果、図32において実線で示すように、真の海底の起伏に近い海底のデータが得られる。実際の応用時には、あらかじめ波の成分を予測又は測定し、その周波数成分を除去することによって真の海底深度を求めることができる。
Step ST1: Fourier transform the seafloor depth data. As a result of the Fourier transform, for example, as shown in FIG. 34, Fourier transform data including a sway component is obtained. The peak at the center of FIG. 3 is the frequency component of the true seafloor, and the small mountain near 1 Hz shows the frequency component of the sway caused by the wave.
Step ST2: Filter the Fourier transform data. That is, as shown by the broken line in FIG. 34, the process of removing the component of 0.5 Hz or higher is performed to remove the component of a small mountain near 1 Hz.
Step ST3: Inverse Fourier transform the filtered data. As a result, as shown by the solid line in FIG. 32, seafloor data close to the true undulations of the seafloor can be obtained. In actual application, the true seafloor depth can be obtained by predicting or measuring the wave component in advance and removing the frequency component.

周波数分離の方法の他の例は、図35に示すように、海底深度生データをローパスフィルタ (又はバンドパスフィルタ)21に供給し、動揺成分を除去するものである。海底深度生データは、動揺成分を含み、動揺補正前のデータを意味する。ローパスフィルタ(又はバンドパスフィルタ)21として、図36に示すように、例えばFIR(Finite Impulse Response)フィルタの 構成を使用できる。IIR(Infinite Impulse Response)の構
成のデジタルフィルタを使用して もよい。図36において、単位遅延素子Zの直列接続
に対して入力データが供給され、直列接続の段間からそれぞれ取り出された複数のサンプルに対して乗算器M1 〜Mn によって係数a0 〜an をそれぞれ乗算する。乗算器M1 〜Mn の出力が加算器ADによって加算されることによって出力データyn が得られる。係数a0 〜an によって所望の周波数特性のデジタルフィルタを構成することができる。
Another example of the frequency separation method is to supply the seafloor depth raw data to the low-pass filter (or band-pass filter) 21 to remove the sway component, as shown in FIG. 35. The seafloor depth raw data includes the sway component and means the data before the sway correction. As the low-pass filter (or band-pass filter) 21, for example, a configuration of an FIR (Finite Impulse Response) filter can be used as shown in FIG. A digital filter having an IIR (Infinite Impulse Response) configuration may be used. In FIG. 36, input data is supplied to the series connection of the unit delay element Z, and the coefficients a0 to an are multiplied by the multipliers M1 to Mn on each of the plurality of samples taken out from the stages of the series connection. .. Output data yn is obtained by adding the outputs of the multipliers M1 to Mn by the adder AD. A digital filter having a desired frequency characteristic can be constructed by the coefficients a0 to an.

図37A及び図37Bは、1秒間に100回の送信周期で得られた海底深度生データをローパスフィルタ(又はバンドパスフィルタ)21に対して入力し、ローパスフィルタ(又はバンドパスフィルタ)21の出力に動揺補正がなされた海底深度データを得る例を示している。図37A及び図37Bにおいて、実線22が海底深度生データを示し、破線23が動揺補正後の海底深度データを示す。動揺補正によって真の海底深度を示すデータが得られる。 In FIGS. 37A and 37B, the seabed depth raw data obtained in a transmission cycle of 100 times per second is input to the low-pass filter (or band-pass filter) 21 and output from the low-pass filter (or band-pass filter) 21. An example of obtaining seabed depth data with sway correction is shown in. In FIGS. 37A and 37B, the solid line 22 shows the seafloor depth raw data, and the broken line 23 shows the seafloor depth data after sway correction. The sway correction provides data showing the true seafloor depth.

図38を参照して本発明の一実施の形態の動揺補正のさらに他の例について説明する。図7で示す本発明の音響測深機を用いて深度データを収録する。収録された深度データは図38に示すような時刻と深度値のデータである。この例では、1秒間に20回の送信を行って得られた深度データである。もちろん1秒間に100回送信すればさらに細かい深度データを得ることができる。 Yet another example of sway correction according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 38. Depth data is recorded using the echo sounder of the present invention shown in FIG. 7. The recorded depth data is time and depth value data as shown in FIG. 38. In this example, it is the depth data obtained by transmitting 20 times per second. Of course, even finer depth data can be obtained by transmitting 100 times per second.

得られたこの深度データを図33に示すバッチ処理フローに入力することによって動揺補正処理を行うことができる。 By inputting the obtained depth data into the batch processing flow shown in FIG. 33, the sway correction processing can be performed.

<5.他の実施の形態>
本発明の他の実施の形態は、動揺成分を海面に静止して浮かんでいる船(浮標でもよい)によって検出して検出した動揺成分によって準リアルタイムに動揺補正を行うものである。図39に示すように、深度観測の調査船31が所定のコースと速度で航行する場合、調査船とほぼ同一の波の影響を受ける海域に、動揺成分を検出するための船32を静止して浮かべるようにする。船32によって検出された動揺成分が無線で調査船31に対して送信される。調査船31において、船32から受信した動揺成分によって動揺補正がなされる。
<5. Other embodiments>
In another embodiment of the present invention, the sway component is detected by a ship (which may be a buoy) that is stationary and floating on the sea surface, and the sway component is detected to perform sway correction in near real time. As shown in FIG. 39, when the depth observation research vessel 31 navigates at a predetermined course and speed, the vessel 32 for detecting the sway component is stationary in the sea area affected by waves almost the same as the research vessel. Make it float. The agitation component detected by the ship 32 is wirelessly transmitted to the research vessel 31. In the research vessel 31, the agitation correction is performed by the agitation component received from the vessel 32.

図40に示すように、船32には、海底に対して超音波を送出する送波器41と、海底からのエコーを受信する受波器42が設けられている。送波器41及び受波器42に対して動揺検出部43が接続されている。動揺検出部43は、図7に示し、上述した深度測定と同様の構成及び信号処理によって深度データを得る。この深度データは、船32が同じ場所に静止しているので、深度は一定であるはずであるが、波により上下動を行うので動揺成分のみのデータとなる。動揺データが無線通信部44に供給され、動揺データを含む送信データが調査船31に対して送信される。 As shown in FIG. 40, the ship 32 is provided with a transmitter 41 that sends ultrasonic waves to the seabed and a receiver 42 that receives echoes from the seabed. The shaking detection unit 43 is connected to the transmitter 41 and the receiver 42. The sway detection unit 43 obtains depth data as shown in FIG. 7 by the same configuration and signal processing as the depth measurement described above. This depth data should be constant because the ship 32 is stationary at the same place, but since it moves up and down due to the waves, it is only the data of the sway component. The sway data is supplied to the wireless communication unit 44, and the transmission data including the sway data is transmitted to the research vessel 31.

調査船31には、図7に示し、上述した深度測定と同様の音響測深装置が備えられている。図40では動揺補正と関連する一部の構成のみが示されている。受波器6で受信され、受信アンプ7から出力される深度生データがローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ48に供給される。船32からの動揺データが受信され、無線通信部45から動揺データが出力される。動揺データが調整回路46に供給される。 The research vessel 31 is provided with an echo sounding device similar to the depth measurement described above, as shown in FIG. FIG. 40 shows only some configurations related to sway correction. The depth raw data received by the receiver 6 and output from the receiving amplifier 7 is supplied to the low-pass filter or the band-pass filter 48. The sway data from the ship 32 is received, and the sway data is output from the wireless communication unit 45. The sway data is supplied to the adjustment circuit 46.

調整回路46は、送られてきた動揺データをフーリエ変換し、波による動揺の周波数成分を検出し、検出結果に基づいて制御信号を形成する。制御信号は、動揺成分の周波数成分を除去するようにローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ48のカットオフ周波数を制御するものである。この制御信号がローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ48のカットオフ周波数の制御信号として供給される。これにより、準リアルタイムで動揺補正を行うことができる。 The adjusting circuit 46 Fourier transforms the sent sway data, detects the frequency component of the sway caused by the wave, and forms a control signal based on the detection result. The control signal controls the cutoff frequency of the low-pass filter or the band-pass filter 48 so as to remove the frequency component of the sway component. This control signal is supplied as a control signal of the cutoff frequency of the low-pass filter or the band-pass filter 48. This makes it possible to perform sway correction in near real time.

本発明の他の実施の形態は、実際に検出された動揺データを使用して動揺補正を行うので、精度を高くすることができる。調査船以外に検出のための船、浮標等が必要となるが、複数の調査船で検出用の船、浮標等を共用することによってコストの削減を図ることができる。また、動揺検出のための船の音響測深装置は、調査船の音響測深装置と同様の構成であり、動揺検出のための船と調査船の役割を交代させることが簡単であり、運用面の工夫によってコストの削減が可能である。 In another embodiment of the present invention, the sway correction is performed using the sway data actually detected, so that the accuracy can be improved. In addition to the research vessel, a ship for detection, a buoy, etc. are required, but the cost can be reduced by sharing the ship for detection, the buoy, etc. with multiple research vessels. In addition, the echo sounding device of the ship for sway detection has the same configuration as the echo sounding device of the research vessel, and it is easy to switch the roles of the ship and the research vessel for sway detection. It is possible to reduce the cost by devising.

<6.応用例>
本発明は、超音波振動子アレイにより構成されるトランスデューサを用いて超音波の送受信を行なうものがある。船舶から海底に向けて扇状に送信ビームを照射し、受信ビームを通して海底を見るようになされる。この結果、送信ビーム範囲と受信ビーム範囲が重なる部分の海底が調べられる。マルチビーム法では、方位ごとにその方位にメインビームが向くような所定のビームパターンを持つ受信ビームを形成することで、方位ごとの超音波エコーの強さを推定することができる。かかるマルチビーム法における動揺補正に対してこの発明を適用できる。
<6. Application example>
In the present invention, there is one that transmits and receives ultrasonic waves using a transducer composed of an ultrasonic vibrator array. The transmitting beam is radiated from the ship toward the seabed in a fan shape, and the seabed is viewed through the receiving beam. As a result, the seabed where the transmitted beam range and the received beam range overlap is examined. In the multi-beam method, the strength of the ultrasonic echo for each azimuth can be estimated by forming a receiving beam having a predetermined beam pattern so that the main beam is directed to that azimuth for each azimuth. The present invention can be applied to the sway correction in such a multi-beam method.

<7.変形例>
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。例えば相関検出を行う場合、受信エコー信号をコードに復調してから相関を検出することも可能である。さらに、以上の説明では音響測深装置について述べたが、マルチビーム音響測深装置、サイドスキャンソナー、魚群探知機、スキャニングソナー等の音響測深技術を使用する装置に対して本発明を適用することができる。さらに、海上の波浪に限らず、淡水における音響測深装置の動揺補正に対しても本発明を適用することができる。
<7. Modification example>
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. given in the above-described embodiments are merely examples, and different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. may be used as necessary. May be good. For example, when performing correlation detection, it is also possible to demodulate the received echo signal into a code and then detect the correlation. Further, although the echo sounding device has been described in the above description, the present invention can be applied to a device using an echo sounding technique such as a multi-beam echo sounding device, a side scan sonar, a fish finder, and a scanning sonar. .. Furthermore, the present invention can be applied not only to waves on the sea but also to sway correction of an echo sounder in fresh water.

なお、上述した実施の形態における処理装置の機能は、磁気ディスク、光磁気ディスク、ROM等の記録媒体にプログラムとして記録することができる。したがって、この記録媒体をコンピュータで読み取ってMPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等で 実行することにより音響測定装置の機能を実現することができる。 The function of the processing device in the above-described embodiment can be recorded as a program on a recording medium such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, or a ROM. Therefore, the function of the acoustic measuring device can be realized by reading this recording medium with a computer and executing it with an MPU (Micro Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like.

1 送信トリガパルス発生器
2 ゴールドコード発生器
3 パルス変調器
5 送波器
6 受波器
8 相関器
10 表示及び/又は記録装置
21 ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ
SR シフトレジスタ
EXA1〜EX127 演算回路
1 Transmission trigger Pulse generator 2 Gold code generator 3 Pulse modulator 5 Transmitter 6 Receiver 8 Correlator 10 Display and / or recording device 21 Low-pass filter or band-pass filter SR Shift register EXA1 to EX127 Calculation circuit

Claims (2)

動揺する水面上を移動する移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
前記送信信号を周期的に超音波として前記移動体の下方に位置する前記測定対象に向けて送出する送信部と、
前記送信部から送出された超音波が前記測定対象で反射されることによるエコーを受信する受信部と、
前記エコーを前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、前記送信信号と対応する前記エコーを判別する相関器と、
前記送信信号と前記エコーの時間差に対応する深度生データに対して動揺補正を行うことによって動揺成分を抑圧する動揺補正部と、
前記送信信号と同期して前記動揺成分が抑圧された前記相関器の出力信号を検波した信号を表示する表示装置とを備え、
前記表示装置は、画面上の上側のほぼ水平方向に延びる発信線を表示し、前記相関器の出力信号を検波した信号を色を付けて表示すると共に、隣接する送信タイミングにそれぞれ対応する検波信号を順次並べるように表示し、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、深度をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、且つ前記動揺成分の周期に比べてサンプリング定理を満足するものとなされた音響測深装置。
An echo sounder that is installed on a moving body that moves on a swaying water surface and detects an object to be measured in water.
A transmission signal forming unit having a pseudo noise series generation circuit that generates a pseudo noise series signal and a modulation circuit that modulates a carrier signal with the pseudo noise series signal to form a transmission signal.
A transmission unit that periodically transmits the transmission signal as ultrasonic waves toward the measurement target located below the moving body, and a transmission unit.
A receiving unit that receives an echo caused by the ultrasonic waves transmitted from the transmitting unit being reflected by the measurement target, and a receiving unit.
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing on the echo with the pseudo noise sequence signal.
A sway correction unit that suppresses the sway component by performing sway correction on the depth raw data corresponding to the time difference between the transmission signal and the echo.
It is provided with a display device for displaying a signal obtained by detecting the output signal of the correlator in which the sway component is suppressed in synchronization with the transmission signal.
The display apparatus displays the outgoing line extending in a substantially horizontal direction of the upper on the screen, the displays an signal detecting the output signal of the correlator with a color, the corresponding respective transmission timings adjacent test Display the wave signals in order,
The period of the transmission signal is (2D / Vu) or less when the velocity of the sound wave in water is Vu and the depth is D, and the period of the transmission signal is set to be less than or equal to (2D / Vu) and satisfies the sampling theorem as compared with the period of the shaking component. Echo sounder.
動揺する水面上を移動する移動体に設置され、水中の測定対象を探知するマルチビーム音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
前記送信信号を周期的に超音波として前記移動体の下方に位置する前記測定対象に向けて送出する送信部と、
前記送信部から送出された超音波が前記測定対象で反射されることによるエコーを受信する受信部と、
前記エコーを前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、前記送信信号と対応する前記エコーを判別する相関器と、
前記送信信号と前記エコーの時間差に対応する深度生データに対して動揺補正を行うことによって動揺成分を抑圧する動揺補正部と、
前記送信信号と同期して前記動揺成分が抑圧された前記相関器の出力信号を検波した信号を表示する表示装置とを備え、
前記表示装置は、画面上の上側のほぼ水平方向に延びる発信線を表示し、前記相関器の出力信号を検波した信号を色を付けて表示すると共に、隣接する送信タイミングにそれぞれ対応する検波信号を順次並べるように表示し、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、深度をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、且つ前記動揺成分の周期に比べてサンプリング定理を満足するものとなされ、
前記送信部によって扇状に多数の超音波ビームを送出する
マルチビーム音響測深装置。
In a multi-beam echo sounder that is installed on a moving body that moves on a swaying water surface and detects an object to be measured in water.
A transmission signal forming unit having a pseudo noise series generation circuit that generates a pseudo noise series signal and a modulation circuit that modulates a carrier signal with the pseudo noise series signal to form a transmission signal.
A transmission unit that periodically transmits the transmission signal as ultrasonic waves toward the measurement target located below the moving body, and a transmission unit.
A receiving unit that receives an echo caused by the ultrasonic waves transmitted from the transmitting unit being reflected by the measurement target, and a receiving unit.
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing on the echo with the pseudo noise sequence signal.
A sway correction unit that suppresses the sway component by performing sway correction on the depth raw data corresponding to the time difference between the transmission signal and the echo.
It is provided with a display device for displaying a signal obtained by detecting the output signal of the correlator in which the sway component is suppressed in synchronization with the transmission signal.
The display apparatus displays the outgoing line extending in a substantially horizontal direction of the upper on the screen, the displays an signal detecting the output signal of the correlator with a color, the corresponding respective transmission timings adjacent test Display the wave signals in order,
The period of the transmission signal is (2D / Vu) or less when the velocity of the sound wave in water is Vu and the depth is D, and the period of the transmission signal is set to be less than or equal to (2D / Vu) and satisfies the sampling theorem as compared with the period of the shaking component. ,
A multi-beam echo sounding device that transmits a large number of ultrasonic beams in a fan shape by the transmitter.
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