JP6761893B2 - 超音波探知装置及び超音波探知方法 - Google Patents

Description

本発明は、物標の３次元的な位置を探知するための超音波探知装置及び超音波探知方法
に関する。

従来より、全方位に亘って送波された送信波のエコーを、２次元状又は３次元状に配列されたアレイでビームフォーミングを行うことにより、所定範囲内の物標探知を比較的短時間で行うことが可能なスキャニングソナーが知られている。

また、比較的狭いビームを形成可能な超音波振動子を回転させることにより自船周囲の物標を探知することができる、いわゆるＰＰＩソナーも、一般的に知られている。

また、特許文献１には、いわゆるマルチピング方式を利用したソナーシステムが開示されている。

また、特許文献２には、周囲の水中音響機器に与える影響を低減するために、送信パルス波の間隔をランダム化することが記載されている。

また、特許文献３には、パルス波を送波可能な少なくとも２つのトランスデューサ素子を含むトランスデューサーサアレイを機械的に回転させ、且つインターフェロメトリ法を用いることにより、３次元空間を探知することが可能な技術が開示されている。

また、非特許文献１には、扇状に広がるビーム（いわゆるファンビーム）を形成可能な送信素子と、比較的細いビーム（いわゆるペンシルビーム）を形成可能な受信素子とを備えたソナーが開示されている。この文献には、送信素子と受信素子とを機械的に回転させ、且つＣＴＦＭ法を用いることにより、２次元空間を比較的短時間で探知することが可能な技術が開示されている。

また、非特許文献２には、ゴールドコードという符号を用いることによりエコー画像の更新周期を短くすることが可能な技術が開示されている。

米国特許第５１６３０２６号 米国特許第５２６０９１２号 米国公開特許２０１６／０３７７７１６号明細書

サンウエストテクノロジズ(SUNWEST TECHNOLOGIES)、「ＣＴＦＭソナーＳＳ３３０」、［online］、［平成２８年１２月２７日検索］、インターネット〈http://www.sunwest-tech.com/SS300%20Broch%20-%20REV%20G.pdf〉 米国音響学会、「水中エコーサウンディング技術のパラダイムシフト」、［online］、［平成２８年１２月２７日検索］、インターネット〈http://asa.scitation.org/doi/abs/10.1121/1.4970448〉

しかし、上述したスキャニングソナーには、２次元状又は３次元状に配列されたアレイを形成するために多数の素子が必要となり、製品のコストが高くなってしまう。

また、上述したＰＰＩソナー、並びに特許文献１、非特許文献１、及び非特許文献２に開示される探知装置では、２次元的な領域を探知することはできるものの、３次元的な領域を探知することはできない。

また、上述したＣＴＦＭ法を用いるソナーでは、連続波が送波されるため、周囲の水中探知装置に与える干渉の影響が大きくなってしまう。

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、低コストで、物標の３次元的な位置を比較的短時間で探知可能な超音波探知装置及び超音波探知方法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超音波探知装置は、所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知装置であって、第１周波数帯の第１パルス波及び前記第１周波数帯とは周波数帯が異なる第２周波数帯の第２パルス波を含むシーケンスであって、前記第１パルス波と前記第２パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第１時間間隔に設定された第１シーケンス、を送波する送波部と、複数の受波素子を有し、各前記受波素子が、前記第１パルス波の反射波及び前記第２パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換する受波部と、前記受波部を回転駆動させる回転駆動部と、前記エコー信号の中から、前記第１周波数帯に対応する周波数帯の第１エコー信号、及び前記第２周波数帯に対応する周波数帯の第２エコー信号、を取得するエコー信号取得部と、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第１エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第１画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第２エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第２画像データを生成する画像データ生成部と、前記第１画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第２画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第１画像データ及び前記第２画像データを合成して合成画像データを生成する合成画像データ生成部と、を備えている。

（２）前記送波部は、第３周波数帯の第３パルス波及び前記第３周波数帯とは周波数帯が異なる第４周波数帯の第４パルス波を含むシーケンスであって、前記第３パルス波と前記第４パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第２時間間隔に設定された第２シーケンス、を前記第１シーケンスよりも遅れて送波し、前記第２時間間隔は前記第１時間間隔と異なる場合がある。

（３）前記超音波探知装置は、前記第１画像データに含まれるエコー像であって、前記第２パルス波に起因するエコー像である偽像、のエコー強度を低減する偽像低減部、を更に備えている場合がある。

（４）前記偽像低減部は、前記第１画像データ及び前記第２画像データのそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有している場合がある。

（５）前記偽像低減部は、前記受波部が略同じ角度位置のときに画像データ生成部に生成された複数の画像データ、のそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有している場合がある。

（６）前記偽像低減部は、前記偽像の要因となる偽像要因信号を検出する偽像検出部と、前記偽像検出部によって検出された前記偽像要因信号のエコー強度を低減することにより前記偽像を低減する偽像エコー強度低減部と、有している場合がある。

（７）前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって前記第１画像データが生成される前に前記偽像のエコー強度を低減する場合がある。

（８）前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって生成された前記第１画像データにおける前記偽像のエコー強度を低減する場合がある。

（９）各前記受波素子の受波面は、長方形状に形成され、各前記受波素子は、扇形状のファンエリアからの前記反射波を受波可能に構成されている場合がある。

（１０）前記回転駆動部は、前記画像データ生成部がビームフォーミングを行う面に垂直な方向へ前記受波部を回転駆動させる場合がある。

（１１）前記受波部及び前記送波部は、互いに分離して設けられていて、相対移動不能である場合がある。

（１２）前記回転駆動部は、前記受波部を水平面に沿って回転駆動させる場合がある。

（１３）前記回転駆動部は、前記受波部を垂直面に沿って回転駆動させる場合がある。

（１４）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る超音波探知方法は、所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知方法であって、第１周波数帯の第１パルス波及び前記第１周波数帯とは周波数帯が異なる第２周波数帯の第２パルス波を含むシーケンスであって、前記第１パルス波と前記第２パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第１時間間隔に設定された第１シーケンス、を送波し、複数の受波素子の各前記受波素子が前記第１パルス波の反射波及び前記第２パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換し、複数の前記受波素子を有する受波部を回転駆動させ、前記エコー信号の中から、前記第１周波数帯に対応する周波数帯の第１エコー信号、及び前記第２周波数帯に対応する周波数帯の第２エコー信号、を取得し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第１エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第１画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第２エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第２画像データを生成し、前記第１画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第２画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第１画像データ及び前記第２画像データを合成して合成画像データを生成する。

本発明によれば、低コストで、物標の３次元的な位置を比較的短時間で探知可能な超音波探知装置及び超音波探知方法を提供できる。

本発明の第１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。 送波部によって形成される送信ビームを模式的に示す図である。 水中探知装置が搭載された自船を上方から視た図であって、送波部によって形成される送信ビームと、受信ビームとを模式的に示す図である。 送波部から送波されるパルス波について説明するための図である。 受信ビームが電子的に走査される範囲であるファンエリアを模式的に示す図である。 図１に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。 図７（Ａ）は、送信タイミング制御部から出力される送信トリガのタイムチャート、図７（Ｂ）は、送波部から送波されるパルス波のタイムチャート、図７（Ｃ）は、各バッファ処理部に入力されるエコー信号のタイムチャート、図７（Ｄ）から図７（Ｆ）は、バッファ処理部からフィルタ処理部へ出力される抽出エコー信号のタイムチャート、である。 フィルタ処理部によってフィルタ処理が行われる前後のエコー信号を模式的に示す図である。 表示部に表示される画像の一例を示す図である。 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１１（Ａ）は、図１０に示す信号処理部の送信タイミング制御部から出力される送信トリガのタイムチャート、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す送信トリガを受けて送波部から送波されるパルス波のタイムチャートである。 平滑化処理を行う前のファンエリア内エコー強度の一例を示す図である。 平滑化処理を行った後のファンエリア内エコー強度の一例を示す図である。 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１４に示す信号処理部のエコー信号取得部によって偽像要因信号が低減される過程を説明するための模式図である。 変形例に係る水中探知装置によって形成される送信ビーム及び受信ビームを当該水中探知装置が搭載される自船Ｓとともに示す模式図であって、（Ａ）は側方から視た図、（Ｂ）は上方から視た図である。 本発明の第２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送信パルス波について説明するための図である。 信号処理部の構成を示すブロック図である。 図２０（Ａ）は、送信タイミング制御部から出力される送信トリガのタイムチャート、図２０（Ｂ）は、送波部から送波される送信パルス波のタイムチャート、図２０（Ｃ）は、バッファ処理部に入力されるエコー信号のタイムチャート、図２０（Ｄ）から図２０（Ｆ）は、バッファ処理部からフィルタ処理部へ出力される抽出エコー信号のタイムチャート、である。 フィルタ処理部によってフィルタ処理が行われる前後のエコー信号を模式的に示す図である。 図２２（Ａ）は、画像データ生成部に基づいて生成された画像であって、表示部に表示される画像の一例を示す図である。図２２（Ｂ）は、送信パルス波の送信間隔の種類が単一である場合における、画像データ生成部に基づいて生成された画像であって、表示部に表示される画像の比較例を示す図である。 第２実施形態の第１変形例に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。 図２４（Ａ）は、図２３に示す信号処理部の送信タイミング制御部から出力される送信トリガのタイムチャート、図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）に示す送信トリガを受けて送波部から送波されるパルス波のタイムチャートである。 図２５（Ａ）は、ランダム化処理及び平滑化処理を行う前の探知画像の一例を示す図である。また、図２５（Ｂ）は、ランダム化処理及び平滑化処理を行った後の探知画像の一例を示す図である。 第２実施形態の第２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２６に示す第２実施形態の第２変形例に係る信号処理部のエコー信号取得部によって偽像要因信号が低減される過程を説明するための模式図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態に係る超音波探知装置としての水中探知装置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、いわゆるマルチピング（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｎｇ）方式の水中探知装置である。このマルチピング方式は、マルチパルス（ｍｕｌｔｉ−ｐｕｌｓｅ）方式と呼ばれる場合もある。

例えば、一般的なパルス方式の水中探知装置では、送信パルス波を送波した後、その送信パルス波が探知レンジを往復する間、受波部がその送信パルス波の反射波を受波する。そして、送信パルス波が探知レンジを往復する時間を経過した後、次の送信パルス波が送波される。これに対し、マルチピング方式の水中探知装置では、最初に所定周波数帯の送信パルス波が送波された後、その送信パルス波が探知レンジを往復する前に、前記所定周波数帯とは異なる周波数帯を有する次の送信パルス波が送波される。各送信パルス波の反射波は、各周波数帯に対応したフィルタによって抽出される。これにより、マルチピング方式の水中探知装置によれば、送信パルス波の送波間隔を狭くすることができるため、一般的なパルス方式の水中探知装置と比べて、物標の探知速度を速めることができる。

水中探知装置１は、例えば、船舶としての自船の船底に装備され、主に魚及び魚群等の対象物標の探知に用いられる。他にも、岩礁のような海底の起伏、人工漁礁のような構造物の探知などに用いられる。また、この水中探知装置１によれば、詳しくは後述するように、物標の３次元的な位置及び形状を把握することができる。

［全体構成］
図１は、本発明の第１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、回転駆動部としてのモータ４ａと、回転角度検出部４ｂと、送受信装置５と、信号処理部１０と、表示部８とを備えている。

図２は、送波部２によって形成される送信ビームＴＢを模式的に示す図である。送波部２は、パルス状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が海中に露出するように、船底に設けられている。送波部２は、１又は複数の超音波振動子を有していて、図２に示すような３次元状の送信ビームＴＢを形成可能に構成されている。送波部２は、送信ビームＴＢの中心軸Ａｘが鉛直方向（図２におけるｚ軸方向）に対して斜めになるように、船底に設けられている。送信ビームＴＢの形状は、例えば図２に示すように鉛直方向から視てある程度の厚さ（角度φ_Ａ）を有していてその厚さ方向から視て略扇形状に形成された形状である。この角度φ_Ａは、例えば一例として３０度であるが、これに限らず、６度から９０度の範囲内であればよい。その扇形状の送信ビームＴＢの垂直方向にとり得る角度範囲θ_１は、鉛直下方を０度として、一例として０度（鉛直下方）から９０度（水平方向）に亘る角度範囲である。ただしこれに限らず、３０度から９０度（水平方向）に亘る角度範囲であってもよく、４５度から９０度（水平方向）に亘る角度範囲であってもよい。或いは、鉛直下方を含む角度範囲である、−６０度から６０度に亘る角度範囲であってもよい。

図３は、水中探知装置１が搭載された自船Ｓを上方から視た図であって、送波部２によって形成される送信ビームＴＢと、受信ビームＲＢとを模式的に示す図である。モータ４ａは、送波部２及び受波部３を動かすためのものである。具体的には、モータ４ａは、鉛直方向に延びる中心軸を回転中心として送波部２及び受波部３を回転させる。これにより、図３に示す送信ビームＴＢが、自船Ｓを中心とした水平方向の全方位に亘って回転される。モータ４ａは、送波部２及び受波部３を連続的に回転させる。しかし、これに限らず、モータ４ａは、送波部２及び受波部３が、所定の時間間隔毎に所定角度だけ回転し、回転後所定時間だけ停止する動作を繰り返すように、回転と停止とを繰り返してもよい。

また、モータ４ａには、回転角度検出部４ｂが取り付けられている。回転角度検出部４ｂとしては、例えば一例としてエンコーダが用いられる。しかし、これに限らず、モータ４ａの回転を制御する信号を解析して角度情報に換算してもよい。具体的には、モータ４ａとしてステッピングモータを用いた場合において、該ステッピングモータに入力する指令パルスの数をカウントして角度情報に換算してもよい。水中探知装置１では、回転角度検出部４ｂによって検出されたモータ４ａの回転角度に基づいて、送波部２及び受波部３のφ方向における角度位置が算出される。

図４は、送波部２から送波される送信パルス波について説明するための図である。送波部２からは、詳しくは後述する送信部６から順次出力された第１から第３の増幅後送信パルス信号のそれぞれを超音波に変換して得られる第１送信パルス波Ｐ１、第２送信パルス波Ｐ２、及び第３送信パルス波Ｐ３が送波される。各送信パルス波Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、互いに異なる周波数帯を有するパルス波によって構成されている。送波部２からは、第１送信パルス波Ｐ１、第２送信パルス波Ｐ２、及び第３送信パルス波Ｐ３を含むシーケンス（図４では、３つのシーケンスＳａ，Ｓｂ，Ｓｃのみを図示）が、一定の周期Ｔ毎に繰り返し送波される。本実施形態では、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、同じである。具体的には、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、いずれもＴ／３である。なお、図４において各送信パルス波を構成する繰り返し波形は、模式的に図示したものである。また、ここでは、１つのシーケンスに互いの周波数帯が異なる３つの送信パルス波が含まれる例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、１つのシーケンスに、各送信パルス間の時間間隔がＴ／２となるように設定された、互いの周波数帯が異なる２つの送信パルス波が含まれていてもよい。また、１つのシーケンスに、各送信パルス間の時間間隔がＴ／４となるように設定された、互いの周波数帯が異なる４つの送信パルス波が含まれていてもよい。或いは、１つのシーケンスに５つ以上の送信パルス波が含まれていてもよい。

また、送波部２から順次送波されるシーケンスにおいて、互いに時間的に隣接するシーケンスのうち、先に出力されるシーケンスを第１シーケンス、後に出力されるシーケンスを第２シーケンスと称する。具体的には、図４を参照して、シーケンスＳａとシーケンスＳｂとの関係においては、Ｓａが第１シーケンス、Ｓｂが第２シーケンスである。また、シーケンスＳｂとシーケンスＳｃとの関係においては、Ｓｂが第１シーケンス、Ｓｃが第２シーケンスである。

各シーケンスは、同じ周期Ｔで送波される。シーケンスの周期Ｔは、送波部２から送波された超音波が、本実施形態に係る水中探知装置１で物標が探知される距離である探知レンジＲを進んだ後受波部３に帰来するまでの時間、に設定される。言い換えれば、シーケンスの周期Ｔは、超音波が探知レンジＲを往復する時間に設定される。すなわち、本実施形態に係る水中探知装置１では、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が、いずれも、水中において超音波が探知レンジＲを往復する時間よりも短い時間間隔（第１時間間隔とも呼ばれる）に設定されている。

なお、図４を参照して、第１シーケンス（例えばシーケンスＳａ）に含まれる送信パルス波Ｐ１は第１パルス波であり、シーケンスＳａに含まれる送信パルス波Ｐ２は第２パルス波である。また、第２シーケンス（例えばシーケンスＳｂ）に含まれる送信パルス波Ｐ１は第３パルス波であり、シーケンスＳｂに含まれる送信パルス波Ｐ２は第４パルス波、である。また、上述した第１パルス波の基となるパルス信号は第１パルス信号、第２パルス波の基となるパルス信号は第２パルス信号、第３パルス波の基となるパルス信号は第３パルス信号、第４パルス信号の基となるパルス信号は第４パルス信号、である。本実施形態では、第１パルス波の周波数帯と第３パルス波の周波数帯とを同じに設定しているが、これに限らず、互いに異なる周波数帯に設定してもよい。また、本実施形態では、第２パルス波の周波数帯と第４パルス波の周波数帯とを同じに設定しているが、これに限らず、互いに異なる周波数帯に設定してもよい。また、第１シーケンス（例えばシーケンスＳａ）と第２シーケンス（例えばシーケンスＳｂ）との関係においては、第１シーケンスＳａに含まれる送信パルス波Ｐ１の周波数帯が第１周波数帯であり、第１シーケンスＳａに含まれる送信パルス波Ｐ２の周波数帯が第２周波数帯であり、第２シーケンスＳｂに含まれる送信パルス波Ｐ１の周波数帯が第３周波数帯であり、第２シーケンスＳｂに含まれる送信パルス波Ｐ２の周波数帯が第４周波数帯である。

受波部３は、複数の受波素子としての超音波振動子３ａを有している。受波部３は、送波部２とは分離して設けられている。各超音波振動子３ａでは、超音波が受波される受波面３ｂが海中に露出している。各超音波振動子３ａが有する受波面３ｂは、図１に示すように、長方形状に形成されている。なお、図１では、超音波振動子３ａの個数が８個である例を挙げているが、これに限らず、その他の個数であってもよい。また、図１では、各受波面３ｂの形状及び向きについて、模式的に示している。各超音波振動子３ａは、送波部２から送波された超音波である各送信パルス波の反射波を受信波として受波し、電気信号としてのエコー信号に変換する。これらの超音波振動子３ａは、直線状に配列されている。すなわち、受波部３は、リニアアレイである。リニアアレイの受波面に垂直な方向であって受信ビームが形成される側の方向と水平面とがなす角度は、俯角方向を正とした場合、例えば一例として３０度である。但しこの角度は、リニアアレイが鉛直方向に沿って配列されている場合の角度である０度から、リニアアレイが水平方向に沿って配列されている場合の角度である９０度までの範囲内であれば、どのような角度であってもよい。

受波部３は、モータ４ａによって回転駆動させられる。具体的には、モータ４ａは、鉛直方向に延びる中心軸を回転中心として、該受波部３を回転駆動させる。これにより、受波部３は、鉛直方向に垂直な水平面に沿って回転する。モータ４ａは、受波部３を、連続的に回転させる。しかし、これに限らず、モータ４ａは、受波部３が、所定の時間間隔毎に所定角度だけ回転し、回転後所定時間だけ停止する動作を繰り返すように、回転と停止とを繰り返してもよい。モータ４ａは、送波部２及び受波部３を、同期させながら回転させる。すなわち、送波部２及び受波部３は、互いに対して相対移動不能である。

また、モータ４ａには、上述したように回転角度検出部４ｂが取り付けられている。水中探知装置１では、回転角度検出部４ｂによって検出されたモータ４ａの回転角度に基づいて、受波部３のφ方向における角度位置が算出される。なお、本実施形態では、受波部３の角度位置を、上方から視た場合における、所定方位方向（例えばｘ軸）を基準とした、該受波部３によって形成されるファンエリアＦＡの角度、とする。図５では、角度位置が第１角度位置φ_１のときのファンエリアＦＡをＦＡ（φ_１）で示し、角度位置が第２角度位置φ_２のときのファンエリアＦＡをＦＡ（φ_２）で示している。

図５は、受信ビームＲＢが電子的に走査される範囲であるファンエリアＦＡを模式的に示す図である。本実施形態の受波部３は、以下で詳しく説明する送受信装置５及び信号処理部１０とともにビームフォーミングを行うことにより、受波部３のリニアアレイが利得を持つ扇型の範囲（例えば一例として、鉛直下方を０度として、θが０度から９０度の範囲）であるファンエリアＦＡ内を、電子的に走査する細い受信ビームＲＢ（図１参照）で探知可能なように構成されている。このファンエリアＦＡは、例えば水平方向から視た厚みが６度程度と比較的薄く、図５に示すように、自船Ｓを中心として下方へ垂直面に沿って拡がる扇形状に形成される。より具体的には、その扇形状のファンエリアＦＡの角度θ_２は、例えば一例として約９０度である。ファンエリアＦＡは、鉛直下方から水平方向に亘る範囲に形成される。ファンエリアＦＡ内を電子的に走査する受信ビームＲＢは、図３及び図５を参照して、モータ４ａによって水平面に沿って、φ方向に回転させられる。言い換えれば、受信ビームＲＢは、モータ４ａによって、ビームフォーミングが行われる面（言い換えれば、ファンエリアＦＡ）に垂直な方向へ回転駆動させられる。これにより、本実施形態に係る水中探知装置１によれば、自船Ｓを中心とした広範囲に亘る３次元空間内の物標を探知し、当該空間内における物標の３次元的な位置を推定することができる。なお、受信ビームＲＢの垂直方向にとり得る角度範囲θ_２は、鉛直下方を０度として、一例として０度から９０度（水平方向）に亘る角度範囲である。ただしこれに限らず、３０度から９０度に亘る角度範囲であってもよく、４５度から９０度に亘る角度範囲であってもよい。或いは、鉛直下方を含む角度範囲である、−６０度から６０度に亘る角度範囲であってもよい。

送受信装置５は、送信部６と、受信部７とを備えている。

送信部６は、信号処理部１０で生成された送信パルス信号を増幅し、増幅後におけるその信号を増幅後送信パルス信号として送波部２に印加する。これにより、送波部２からは、増幅された各増幅後送信パルス信号に対応する各送信パルス波が送波される。具体的には、送波部２からは、第１増幅後送信パルス信号に対応する第１送信パルス波と、第２増幅後送信パルス信号に対応する第２送信パルス波と、第３増幅後送信パルス信号に対応する第３送信パルス波とが、所定の時間間隔を空けて送波される。

受信部７は、受波部３が出力する電気信号としてのエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部７は、デジタル信号に変換されたエコー信号を、信号処理部１０に対して出力する。より具体的には、受信部７は、複数の受信回路を有し、各受信回路が、対応する超音波振動子３ａによって受波された受信波を電気信号に変換して得られた各エコー信号に対して上述した所定の処理を行い、各エコー信号を信号処理部１０に出力する。

信号処理部１０は、送信信号としての送信パルス信号を生成し、送信部６に入力する。また、信号処理部１０は、受信部７から出力されるエコー信号を処理し、物標の画像データを生成する処理を行う。信号処理部１０の構成については、詳しくは後述する。

表示部８は、信号処理部１０から出力された画像データに応じた画像を表示画面に表示する。本実施形態では、表示部８は、自船下方における海中の状態を３次元的に、俯瞰図として表示する。これにより、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。

［信号処理部の構成］
図６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６に示すように、制御部１１と、送信タイミング制御部１２と、送信信号生成部１３と、フィルタ係数生成部１４と、エコー信号取得部１５と、画像データ生成部としてのファンエリア内探知データ生成部２０と、合成画像データ生成部としての３次元エコーデータ処理部２１と、を有している。信号処理部１０は、ハードウェア・プロセッサ９（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、制御部１１、送信タイミング制御部１２、送信信号生成部１３、フィルタ係数生成部１４、エコー信号取得部１５、ファンエリア内探知データ生成部２０、及び３次元エコーデータ処理部２１として機能させることができる。

制御部１１は、送信タイミング制御部１２、送信信号生成部１３、及びフィルタ係数生成部１４へ各種情報を出力する。

図７（Ａ）は、送信タイミング制御部１２から出力される送信トリガのタイムチャート、図７（Ｂ）は、送波部から送波される送信パルス波のタイムチャート、図７（Ｃ）は、各バッファ処理部１７に入力されるエコー信号のタイムチャート、図７（Ｄ）から図７（Ｆ）は、バッファ処理部１７からフィルタ処理部１８へ出力される抽出エコー信号のタイムチャート、である。

制御部１１は、送信タイミング制御部１２へ、該送信タイミング制御部１２が第１から第３の送信トリガＴｒ１〜Ｔｒ３を出力すべきタイミングを通知する。第１送信トリガＴｒ１は、第１送信パルス波Ｐ１の基となる第１送信パルス信号を送信信号生成部１３に生成させるためのトリガである。また、第２送信トリガＴｒ２は、第２送信パルス波Ｐ２の基となる第２送信パルス信号を送信信号生成部１３に生成させるためのトリガである。また、第３送信トリガＴｒ３は、第３送信パルス波Ｐ３の基となる第３送信パルス信号を送信信号生成部１３に生成させるためのトリガである。例えば、図７（Ａ）を参照して、第１送信トリガＴｒ１と、該第１送信トリガＴｒ１の次に出力される第２送信トリガＴｒ２との時間間隔はＴ／３であり、第２送信トリガＴｒ２と、該第２送信トリガＴｒ２の次に出力される第３送信トリガＴｒ３との時間間隔はＴ／３であり、第３送信トリガＴｒ３と、該第３送信トリガＴｒ３の次に出力される第１送信トリガＴｒ１との時間間隔はＴ／３である。

また、制御部１１は、送信信号生成部１３で生成すべき第１〜第３の送信パルス信号の周波数帯に関する情報を、送信信号生成部１３及びフィルタ係数生成部１４へ出力する。制御部１１は、互いに異なる３つの周波数帯である第１周波数帯ｆ１、第２周波数帯ｆ２、及び第３周波数帯ｆ３を、それぞれ、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号のそれぞれの周波数帯として、送信信号生成部１３及びフィルタ係数生成部１４へ出力する。

また、制御部１１は、詳しくは後述するフィルタ処理部で行われるフィルタ処理で用いられるフィルタ係数を生成するためのフィルタ仕様（例えば、通過帯域の中心周波数、通過帯域の帯域幅、阻止域の低減レベル、フィルタ長等）を、フィルタ係数生成部１４へ出力する。

送信タイミング制御部１２は、図７（Ａ）を参照して、制御部１１から指示を受けたタイミングで第１から第３の送信トリガＴｒ１〜Ｔｒ３を生成し、それらの送信トリガを順次、送信信号生成部１３及びエコー信号取得部１５へ出力する。

送信信号生成部１３は、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号を生成する。第１送信パルス信号は、第１周波数帯ｆ１に含まれる周波数を有する送信パルス信号である。第２送信パルス信号は、第２周波数帯ｆ２に含まれる周波数を有する送信パルス信号である。第３送信パルス信号は、第３周波数帯ｆ３に含まれる周波数を有する送信パルス信号である。各送信パルス信号の周波数は、送波部２が有する超音波振動子が送波可能な超音波の周波数帯域の範囲内において、極力互いに重ならないような周波数帯に設定される。

そして、送信信号生成部１３は、送信トリガＴｒ１〜Ｔｒ３を受け取る毎に、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号を順に生成する。これにより、第１から第３の送信パルス信号は、互いの時間間隔がＴ／３となるように生成される。なお、送信信号生成部１３で生成された各送信パルス信号には、所定の窓関数（例えば、ガウス窓、ハミング窓）が掛けられた後、送信部６へ出力される。送信部６へ出力された第１から第３の送信パルス信号は、それぞれ、送信部６によって増幅された後、第１から第３の送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３として（図７（Ｂ）参照）、送波部２から送波される。すなわち、送波部２からは、第１送信パルス波Ｐ１、第２送信パルス波Ｐ２、及び第３送信パルス波Ｐ３が、Ｔ／３の時間間隔で、繰り返し送波される。なお、図７（Ｂ）では、窓関数が掛けられていないパルス信号が図示されている。

また、送信信号生成部１３は、時間的に連続する第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号で構成されるシーケンスを、互いに間隔を空けて連続的に生成する。時間的に隣接する２つのシーケンスの関係において、先に生成されるシーケンスに含まれる第１送信パルス信号は第１パルス信号であり、先に生成されるシーケンスに含まれる第２送信パルス信号は第２パルス信号である。また、互いに時間的に隣接する２つのシーケンスの関係において、後に生成されるシーケンスに含まれる第１送信パルス信号は第３パルス信号であり、後に生成されるシーケンスに含まれる第２送信パルス信号は第４パルス信号である。すなわち、送信信号生成部１３は、時間的に連続する２つのシーケンスにおいて、先のシーケンスに含まれる第１パルス信号及び第２パルス信号と、後のシーケンスに含まれる第３パルス信号及び第４パルス信号とを生成する。

フィルタ係数生成部１４は、制御部１１から通知された第１〜第３の周波数帯に関する情報及びフィルタ仕様に基づいて、第１から第３の送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれの反射波から得られた第１から第３のエコー信号を抽出するためのフィルタ係数を生成する。具体的には、フィルタ係数生成部１４は、第１エコー信号を抽出するための第１フィルタ係数α１と、第２エコー信号を抽出するための第２フィルタ係数α２と、第３エコー信号を抽出するための第３フィルタ係数α３と、を生成する。フィルタ係数生成部１４で生成された各フィルタ係数α１〜α３は、エコー信号取得部１５へ通知される。なお、フィルタ係数生成部１４を、以下のように構成してもよい。具体的には、予め定めた複数個のフィルタ仕様に基づいて生成してメモリしておいた複数個のフィルタ係数の中から、制御部１１から通知されたフィルタ仕様を選択する番号に基づきフィルタ係数を選択し、選択したそのフィルタ係数をエコー信号取得部１５へ通知する、フィルタ係数生成部１４を構成してもよい。

エコー信号取得部１５は、図７（Ｃ）〜図７（Ｆ）、及び図８を参照して、受波部３側から出力されるエコー信号から、各周波数帯に対応する周波数帯のエコー信号、具体的には第１エコー信号ＥＳ１、第２エコー信号ＥＳ２、及び第３エコー信号ＥＳ３を取得する。エコー信号取得部１５は、受波部３が有する超音波振動子３ａの個数と同じ数のエコー信号抽出部１６を有している。各エコー信号抽出部１６は、各超音波振動子３ａに対応して設けられている。

各エコー信号抽出部１６は、バッファ処理部１７と、フィルタ処理部１８とを有している。各エコー信号抽出部１６で行われる処理は、エコー信号を出力する超音波振動子３ａが互いに異なる超音波振動子３ａであり、各超音波振動子３ａからチャンネルＣＨｍ（但し、ｍ＝１，２，…，Ｍ）を介して出力するエコー信号が互いに異なるエコー信号である点を除いて、同じである。

バッファ処理部１７は、対応するチャンネルＣＨｍを介して送られてくるエコー信号（図７（Ｃ）参照）を記憶するとともに、同じ種類の送信トリガを受けてから次に同じ種類の送信トリガを受けるまでの間のエコー信号を、抽出エコー信号としてフィルタ処理部１８へ出力する。具体的には、バッファ処理部１７は、第１送信トリガＴｒ１を受けてから次に第１送信トリガＴｒ１を受けるまでの間のエコー信号である第１抽出エコー信号ＴＥＳ１（図７（Ｄ）参照）を、フィルタ処理部１８へ出力する。また、バッファ処理部１７は、第２送信トリガＴｒ２を受けてから次に第２送信トリガＴｒ２を受けるまでの間のエコー信号である第２抽出エコー信号ＴＥＳ２（図７（Ｅ）参照）を、フィルタ処理部１８へ出力する。また、バッファ処理部１７は、第３送信トリガＴｒ３を受けてから次に第３送信トリガＴｒ３を受けるまでのエコー信号である第３抽出エコー信号ＴＥＳ３（図７（Ｆ）参照）を、フィルタ処理部１８へ出力する。このように、バッファ処理部１７は、順次抽出される抽出エコー信号ＴＥＳ１，ＴＥＳ２，ＴＥＳ３を、その都度、フィルタ処理部１８へ出力する。

図８は、フィルタ処理部１８によってフィルタ処理が行われる前後のエコー信号を模式的に示す図である。

フィルタ処理部１８は、フィルタ係数生成部１４によって生成された各フィルタ係数α１，α２，α３を用いて、第１から第３のエコー信号を抽出する。具体的には、フィルタ処理部１８は、図８を参照して、第１フィルタ係数α１を用いて第１抽出エコー信号ＴＥＳ１をフィルタ処理することにより、第１エコー信号ＥＳ１を抽出する。また、フィルタ処理部１８は、第２フィルタ係数α２を用いて第２抽出エコー信号ＴＥＳ２をフィルタ処理することにより、第２エコー信号ＥＳ２を抽出する。また、フィルタ処理部１８は、第３フィルタ係数α３を用いて第３抽出エコー信号ＴＥＳ３をフィルタ処理することにより、第３エコー信号ＥＳ３を抽出する。このように、フィルタ処理部１８はバンドパスフィルタの働きを有する。しかし、フィルタ処理部１８は、バンドパスフィルタそのものでなくてもよく、同じような働きを有する別の構成を有していてもよい。例えば、フィルタ処理部１８を、信号を直流付近の周波数に変換するミキサーとローパスフィルタとを組み合わることにより構成してもよい。

第１エコー信号ＥＳ１には、該第１エコー信号ＥＳ１を得るために送波された第１送信パルス波Ｐ１に起因する自周波数エコー信号ＥＳ１ａ，ＥＳ１ｂと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ２，Ｐ３に起因する他周波数エコー信号ＥＳ１ｗ，ＥＳ１ｘとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ１ａ，ＥＳ１ｂは、第１フィルタ係数α１の影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ１ｗ，ＥＳ１ｘは、第１フィルタ係数α１を用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

第２エコー信号ＥＳ２には、該第２エコー信号ＥＳ２を得るために送波された第２送信パルス波Ｐ２に起因する自周波数エコー信号ＥＳ２ａ，ＥＳ２ｂと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ１，Ｐ３に起因する他周波数エコー信号ＥＳ２ｗ，ＥＳ２ｘ，ＥＳ２ｙとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ２ａ，ＥＳ２ｂは、第２フィルタ係数α２の影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ２ｗ，ＥＳ２ｘ，ＥＳ２ｙは、第２フィルタ係数α２を用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

第３エコー信号ＥＳ３には、該第３エコー信号ＥＳ３を得るために送波された第３送信パルス波Ｐ３に起因する自周波数エコー信号ＥＳ３ａ，ＥＳ３ｂと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ１，Ｐ２に起因する他周波数エコー信号ＥＳ３ｗ，ＥＳ３ｘ，ＥＳ３ｙ，ＥＳ３ｚとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ３ａ，ＥＳ３ｂは、第３フィルタ係数α３の影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ３ｗ，ＥＳ３ｘ，ＥＳ３ｙ，ＥＳ３ｚは、第３フィルタ係数α３を用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

ファンエリア内探知データ生成部２０は、各エコー信号抽出部１６から得られたＭ個のエコー信号に基づいて、ビームフォーミング処理を行う。ビームフォーミング手法の一例として、整相加算する場合を説明する。各エコー信号に所定の位相回転を施したうえで加算することにより、角度θ_２（図５参照）の範囲内における所定の方向を向いた受信ビームＲＢを形成することができる。各エコーデータに施す位相回転量を変化させ受信ビームＲＢの指向方向をθ_２の範囲内で変化させることにより（すなわち、電子的に走査することにより）、各角度θにおけるエコー強度を得ることができる。ファンエリア内探知データ生成部２０は、各距離ｒにおいて、各角度θにおけるエコー強度を得ることにより、自船を基準とした距離ｒ及び角度θによって特定される領域の各位置におけるエコー強度を算出することができる。なお、以下では、当該エコー強度を、ファンエリア内エコー強度、を称する場合もある。

そして、ファンエリア内探知データ生成部２０は、少なくとも、ファンエリアＦＡの角度位置が第１角度位置φ_１のときのファンエリア内エコー強度（画像データとも呼ばれる）である第１画像データと、ファンエリアＦＡの角度位置が第２角度位置φ_２のときのファンエリア内エコー強度である第２画像データと、を生成する。具体的には、ファンエリア内探知データ生成部２０は、モータ４ａによって回転させられることによりファンエリアＦＡがとり得る複数の角度位置（図５におけるφ＝φ_１，φ_２，…）のそれぞれのときのファンエリア内エコー強度を算出し、それらに基づいて複数の画像データを生成する。

３次元エコーデータ処理部２１は、ファンエリア内探知データ生成部２０で生成された角度位置φ（φ_１，φ_２，…）毎の画像データを合成して合成画像データを生成する。図９は、この合成画像データに基づいて生成された画像であって、表示部８に表示される画像の一例を示す図である。図９では、浅い位置からのエコーを濃いハッチングで示し、深い位置からのエコーを薄いハッチングで示している。図９に示す例では、自船Ｓの左舷方向における比較的浅い位置に、魚群に起因するものと思われる比較的大きなエコー像Ｅを確認することができる。

なお、図９に示す画像では、エコー強度がある閾値以上のエリアについてハッチングが付されており、エコー強度とハッチングの濃さとは対応していない。また、図９では、図２及び図５で図示したｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸のそれぞれに対応するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を図示しているが、実際の表示部８に表示される表示画面における各軸の表示は、任意である。

［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、複数の超音波振動子３ａのそれぞれで受波された受信波に基づいて生成されたエコー信号ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３に基づいてビームフォーミングを行うことにより、ファンエリアＦＡ内のエコー強度を算出することができる。これにより、ファンエリアＦＡ内のエコー強度を求めるために受波部３を機械的に動かす必要がなくなるため、比較的短時間で当該２次元状の領域内のエコー強度を求めることができる。

また、水中探知装置１では、受波部３をモータ４ａによって回転させることにより、受波部３によって形成されるファンビームＦＡの位置を変化させている。これにより、角度位置φ毎に算出されるファンビーム領域内エコー強度によって、３次元空間を探知することができ、物標の３次元的な位置を推定することができる。更に、従来から知られているスキャニングソナーのように、受波素子を２次元状又は３次元状に配列する必要がなくなり、必要な受波素子の数量を減らすことができるため、装置を簡素化できる。

また、水中探知装置１では、第１送信パルス波Ｐ１が送波されてから、超音波が探知レンジＲを往復する時間Ｔよりも短い時間間隔で、第１送信パルス波Ｐ１と周波数帯が異なる第２送信パルス波Ｐ２を送波している。こうすると、次の送信パルス波を短い時間間隔で送波できるため、短時間で次の角度方向からのエコー信号を得ることができる。しかも、第１送信パルス波の周波数帯と第２送信パルス波の周波数帯とは異なっているため、複数の周波数帯が混在したエコー信号の中から、例えばフィルタ等を用いることにより、所望の方位からのエコー信号を抽出することが可能となる。

従って、水中探知装置１によれば、低コストで、物標の３次元的な位置を比較的短時間で探知可能な超音波探知装置を提供することができる。

また、水中探知装置１によれば、複数の超音波振動子３ａの受波面３ｂの全体的な形状が長方形状に形成されている。これにより、ファンエリアＦＡ内において適切に受信ビームＲＢを走査させることが可能となる。

また、水中探知装置１によれば、モータ４ａが、ファンエリアＦＡ（言い換えればビームフォーミングを行う面）に垂直な方向へ受波部３を回転駆動させている。これにより、水中における３次元状の範囲を適切に探知できる。

［第１実施形態の変形例］
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１０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。

上述した実施形態では、図８を用いて説明したように、フィルタ処理部１８によって所望の周波数帯のエコー信号（例えば、自周波数エコー信号ＥＳ１ａ，ＥＳ１ｂ）のみを抽出しようとしても、他周波数帯のエコー信号（例えば、他周波数エコー信号ＥＳ１ｗ，ＥＳ１ｘ、以下このエコー信号を偽像要因信号と称する）が少し残ってしまい、その偽像要因信号が原因でエコー画像に偽像が生じてしまう場合がある。この点につき、本変形例では、詳しくは後述するような送波パルスの送波周期のランダム化、及びファンエリア内エコー強度の平滑化処理を行うことにより、表示部８に出現しうる偽像を低減することができる。

［送波パルスの送波周期のランダム化について］
本変形例の送信タイミング制御部１２ａは、図１１を参照して、各送信トリガＴｒ１〜Ｔｒ３を、上記実施形態における時間間隔Ｔ１〜Ｔ３（＝Ｔ／３）と同じ時間間隔である基準周期Ｔｓｔに対して、例えば±２０％の範囲内に収まるようなランダムなタイミングで出力する。そうすると、それに伴って、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の周期もランダム化する。これにより、図１１を参照して、時間的に連続する２つのシーケンスＳａ，Ｓｂの関係において、後に送波される第２シーケンスＳｂに含まれる第１送信パルス波（第３パルス波とも呼ばれる）と第２送信パルス波（第４パルス波とも呼ばれる）との時間間隔である第２時間間隔Ｔ１ｂが、先に送波される第１シーケンスＳａに含まれる第１送信パルス波Ｐ１と第２送信パルス波との時間間隔である第１時間間隔Ｔ１ａと異なることになる。そうすると、詳しくは以下で説明するが、各ファンエリア内エコー強度において、他周波数エコー信号に起因する偽像が出現する位置を、送信毎に、言い換えればファンエリアＦＡの角度位置毎に、変えることが可能となる。

［ファンエリア内エコー強度の平滑化処理について］
本変形例の信号処理部１０ａのファンエリア内探知データ生成部２０ａは、図１０に示すように、偽像を低減するための偽像低減部としての平滑化処理部２２を有している。具体的には、ファンエリア内探知データ生成部２０ａは、まず、上記実施形態の場合と同様、モータ４ａによって回転させられるファンエリアの角度位置（図５におけるφ＝φ_１，φ_２，…）のそれぞれのときのファンエリア内エコー強度を算出する。そして、平滑化処理部２２は、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られたファンエリア内エコー強度を平滑化する。具体的には、例えば一例として、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られたファンエリア内エコー強度において、対応する距離ｒ及び角度θのエコー強度を平滑化する。３次元エコーデータ処理部２１は、このようにして平滑化処理が行われた各角度位置φ_１，φ_２，…ごとのファンエリア内エコー強度を、３次元エコーデータ処理部２１へ出力する。平滑化処理部２２が行う平滑化処理としては、平均、重み付き平均、最小値選択等が挙げられる。例えば、重み付き平均を行うためには、ＦＩＲフィルタ、或いはＩＩＲフィルタを用いて平滑化処理部２２を構成すればよい。

図１２は、平滑化処理を行う前のファンエリア内エコー強度の一例を示す図である。また、図１３は、平滑化処理を行った後のファンエリア内エコー強度の一例を示す図である。

上述したような送波パルスの送波周期のランダム化を行うことで、他周波数エコー信号に起因する偽像が、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られたファンエリア内エコー強度において、異なる位置に出現する。図１２は、平滑化処理を行う前のファンエリア内エコー強度、すなわち平滑化処理が行われていない画像データ（例えば第１画像データ）に基づいて生成された第１エコー画像である。

図１２を参照して、第１エコー画像には、第１周波数帯の第１送信パルス波Ｐ１によっ
て得られたエコー像Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３と、第２周波数帯の第２送信パルス波Ｐ２によって得られた偽像Ｆ１，Ｆ２とが含まれる。エコー像Ｅ１は、第１送信パルス波Ｐ１が直接、受波部３に受波されることによって得られたエコー像であり、いわゆる発信線である。また、エコー像Ｅ２は、海底に起因するエコー像である。また、エコー像Ｅ３は、魚群或いは漁礁に起因するエコー像である。また、偽像Ｆ１は、第１送信パルス波が送波されてから所定時間経過後に送波された第２送信パルス波Ｐ２が直接、受波部３に受波されることによって得られたエコー像であって、フィルタ処理部１８によって除去しきれなかった偽像要因信号に起因する偽像である。また、偽像Ｆ２は、第２送信パルス波Ｐ２が海底で反射して帰来した受信波に起因するエコー像であって、フィルタ処理部１８によって除去しきれなかった偽像要因信号に起因する偽像である。このように、平滑化処理が行われる前のエコー画像には、偽像要因信号に起因する偽像Ｆ１，Ｆ２が出現しうる。

この点につき、本変形例に係る水中探知装置１では、上述したように、隣り合う角度位置（例えばφ１とφ２）のそれぞれに対応して得られた第１画像データと第２画像データとが平滑化される。本変形例では、時間的に隣接する送信パルス波の間隔がランダム化されているため、各画像データにおいて出現する偽像のｒ方向における位置が互いにずれることになる。そのようにして生成された第１画像データと第２画像データとを平滑化することで、図１３に示すように、所望のエコー像Ｅ１〜Ｅ３のエコー強度を維持しつつ、偽像のエコー強度を低減することができる。

以上、本変形例のように、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３が送波されるタイミングを所定の範囲内でランダム化することで、各エコー画像内に含まれる偽像のｒ方向における位置を互いにずらすことができる。そうすると、例えば本変形例で説明したような平滑化処理を行う等することによって、合成画像データに含まれる偽像を低減することが可能となる。

また、本変形例では、平滑化処理部２２による平滑化処理を行うことで、合成画像データに含まれ得る偽像を低減することができる。

また、本変形例のように、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られた第１画像データと第２画像データとを平滑化することにより、合成画像データに含まれ得る偽像を適切に低減することができる。

なお、ここでは、隣接する角度位置のそれぞれのときに得られたファンエリア内エコー強度を平滑化することにより偽像を低減する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、受波部３が複数回回転することにより得られた、略同じ角度位置での複数のファンエリア内エコー強度を平滑化してもよい。このようにしても、合成画像データに含まれ得る偽像を適切に低減することができる。なお、ここで平滑化する複数のファンエリア内エコー強度としては、全く同じ角度位置で取得されたものが理想的である。しかしながら、全く同じ角度位置での複数のファンエリア内エコー強度を取得することは現実的には難しいため、複数のファンエリア内エコー強度が取得された際の角度位置のある程度のずれ（例えば、上述したファンエリアＦＡの厚みと同程度である６度程度のずれ）は許容される。

また、本変形例では、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の送波タイミングをランダム化する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の送波タイミングに規則性があったとしても、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３が送波されるタイミングが一定でなければよい。

また、本変形例では、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の送波タイミングのランダム化と、平滑化処理部２２による平滑化処理との双方を行うことが可能な水中探知装置を例に挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、図１０に示す変形例に係る信号処理部１０ａにおいて、平滑化処理部２２が省略されていてもよい。こうすると、エコー強度の平滑化による偽像低減の効果は得られないものの、例えば図１２に示す偽像Ｆ１が、直線状でなく、ｒ方向にある程度の幅を有する偽像として表示されるため、偽像Ｆ１が全体的にぼやけて表示される。その結果、ユーザの目には、偽像Ｆ１のエコー強度が低減されて見えることになる。

（２）図１４は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。また、図１５は、図１４に示す信号処理部１０ｂのエコー信号取得部１５ａによって偽像要因信号が低減される過程を説明するための模式図である。

上述した変形例では、偽像を低減するための偽像低減部として平滑化処理部２２を例に挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、本変形例のエコー信号取得部１５ａの各エコー信号抽出部１６ａは、バッファ処理部１７及びフィルタ処理部１８だけでなく、偽像検出部２３及びエコー強度低減部２４を更に備えている。

偽像検出部２３は、バッファ処理部１７によって抽出された第１から第３の抽出エコー信号ＴＥＳ１，ＴＥＳ２，ＴＥＳ３のそれぞれに含まれる偽像要因信号を検出する。例えば、図１５を参照して、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１を例に挙げて説明すると、該第１抽出エコー信号ＴＥＳ１に含まれる偽像要因信号には、第２送信パルス波Ｐ２が送波されたタイミング（言い換えれば、第２送信トリガが出力されたタイミング）とほぼ同じタイミングで得られたエコー信号ＦＳ２が含まれると考えらえる。これは、送波部２から送波された第２送信パルス波Ｐ２が、時間的間隔をあけずに直接的に受波部３によって受波されるためである。同様に、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１に含まれる偽像要因信号には、第３送信パルス波Ｐ３が送波されたタイミング（言い換えれば、第３送信トリガが出力されたタイミング）とほぼ同じタイミングで得られたエコー信号ＦＳ３が含まれると考えられる。これは、送波部２から送波された第３送信パルス波Ｐ３が、時間的間隔をあけずに直接的に受波部３によって受波されるためである。偽像検出部２３は、第２送信トリガＴｒ２を受けた直後に発生する比較的振幅の大きい信号と、第３送信トリガＴｒ３を受けた直後に発生する比較的振幅の大きい信号とを、偽像要因信号ＦＳ２，ＦＳ３として検出する。

エコー強度低減部２４は、偽像検出部２３によって検出された偽像要因信号ＦＳ２，ＦＳ３のエコー強度を低減する。エコー強度低減部２４は、このようにして偽像要因信号ＦＳ２，ＦＳ３のエコー強度が低減された第１抽出エコー信号を、第１エコー信号ＴＥＳ１'としてフィルタ処理部１８へ出力する。

以上のように、本変形例によれば、他周波数の送信パルス波に起因する偽像要因信号を低減することができる。これにより、表示部８に表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

なお、本変形例では、偽像低減部としての偽像検出部２３及びエコー強度低減部２４を、フィルタ処理部１８の前段に設けたが、これに限らない。具体的には、偽像検出部２３及びエコー強度低減部２４を、フィルタ処理部１８の後段に設けてもよい。すなわち、図８を参照して、フィルタ処理が行われた後の各エコー信号ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３において偽像要因信号を検出し、それらのエコー強度を低減してもよい。この場合であっても、表示部８に表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

或いは、偽像検出部２３及びエコー強度低減部２４を、ファンエリア内探知データ生成部２０に設けてもよい。この場合、偽像検出部２３は、例えば図１２に例示されるような各画像データにおいて、各送信トリガの送波タイミングを参照して偽像Ｆ１を検出する。そして、エコー強度低減部２４は、偽像検出部２３によって検出された偽像Ｆ１のエコー強度を低減する。この場合であっても、表示部８に表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

また、本変形例では、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の送波タイミングのランダム化を前提とした水中探知装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３が所定の時間間隔で送波される水中探知装置であってもよい。このような水中探知装置の場合であっても、偽像検出部２３及びエコー強度低減部２４によって、表示部８に表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

（３）図１６は、変形例に係る水中探知装置１ａによって形成される送信ビーム及び受信ビームを当該水中探知装置１ａが搭載される自船Ｓとともに示す模式図であって、（Ａ）は側方から視た図、（Ｂ）は上方から視た図である。上記実施形態に係る水中探知装置１は、自船の下方を探知するように構成されているが、これに限らず、本変形例に係る水中探知装置１ａのように、自船の前方を探知するように構成されていてもよい。すなわち、本変形例に係る水中探知装置１ａは、座礁の原因となる自船前方の暗礁等を探知可能な前方探知ソナーとして設けられている。以下では、上記実施形態と異なる点について主に説明し、その他については説明を省略する。なお、本変形例に係る水中探知装置１ａは、上記実施形態に係る水中探知装置１と比べて、探知可能な範囲が大きく異なり、その構成については、図１に示すものと概ね同様である。

本変形例に係る水中探知装置１ａは、上記実施形態と同様の構成の送波部２を備えている。しかし、本変形例では、送波部２は、送波面が鉛直方向に対して自船の前方へ傾くように、自船の前側に固定されている。これにより、本変形例に係る水中探知装置１ａでは、送信ビームとしてのボリュームビームＶＢが、海中における自船前方へ向かって延びるように形成される。このボリュームビームＶＢの形状は、例えば一例として、上下方向については、水平方向を０度、鉛直下方を９０度とした場合において、０度から４５度の範囲をカバー可能であるとともに、左右方向については、右舷４５度から左舷４５度までの範囲をカバー可能な錐状に形成される。

また、本変形例に係る水中探知装置１ａは、上記実施形態と同様の構成の受波部３を備えており、複数の超音波振動子３ａが自船の左右方向に沿って配列されている。しかし、本変形例では、受波部３は、送波部２の場合と同様、受波面が鉛直方向に対して自船の前方へ傾くように、自船の前側に配置されている。これにより、本変形例に係る水中探知装置１ａでは、受波部３における複数の超音波振動子３ａが利得を持つ範囲として定義されるファンエリアＦＡが、海中における自船前方へ向かって延びるように形成される。本変形例におけるファンエリアＦＡの形状は、例えば一例として、上下方向の厚みが６度程度と比較的薄い２次元状であって、前方を０度とした場合における右舷４５度から左舷４５度までの範囲に亘っている。本変形例では、所定の方向を向いた受信ビームＲＢの指向方向を右舷４５度から左舷４５度までの範囲に亘って変化させることにより（すなわち、電子的に走査することにより）、ファンエリアＦＡ内のエコー強度を得ることができる。

そして、本変形例の受波部３は、上下方向に往復動するように、モータ４ａによって上方側又は下方側へ傾けられる。言い換えれば、モータ４ａは、受波部３を垂直面に沿って回転駆動させる。これにより、ファンエリアＦＡを上下方向に往復動させることができるため、自船前方を３次元的に探知できる。

以上、本変形例のようにファンエリアＦＡを往復動させることによっても、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と同様、低コストで、物標の３次元的な位置を比較的短時間で探知可能な探知装置を提供するができる。

また、本変形例の水中探知装置では、受波部３が往復動されるため、比較的簡易な構成で、所定方向（例えば自船前方）に延びる探知領域を適切に探知可能な探知装置を構成することができる。なお、本変形例において、複数の超音波振動子３ａの配列方向を垂直面に沿う方向とし、ファンエリアＦＡの駆動方向を、複数の超音波振動子３ａの配列方向に垂直な方向としてもよい。このように、複数の超音波振動子３ａの配列方向、及びファンエリアＦＡの駆動方向を適宜、設定することにより、自船の側方、或いは自船の前方から側方に亘る範囲等を探知することが可能となる。

（４）上述した実施形態では、送波部２がモータ４ａによって回転駆動させられる例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、モータ４ａが受波部３のみを回転駆動させ、送波部２を回転駆動させない水中探知装置を構成してもよい。この場合、送波部として、自船Ｓを中心とした水中の全方位に向かって拡がる送信ビームを形成可能な送波部を採用すればよい。

（５）上記実施形態では、ファンエリア内探知データ生成部２０におけるビームフォーミング手法として整相加算を用いることにより、ファンエリアＦＡ内の各角度θでのエコー強度を算出したが、これに限らない。具体的には、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法等の適応ビームフォーミング法を用いることにより、ファンエリアＦＡ内の各角度θでのエコー強度を算出してもよい。これにより、整相加算を用いる場合と比べて、装置のθ方向の角度分解能を向上することができる。

（６）上記実施形態では、受波部３をリニアアレイ状に形成したが、これに限らず、例えば、複数の超音波振動子３ａを円弧に沿って列状に配列することで、ファンエリアＦＡの範囲をθ方向に拡大することができ、より広範囲を探知することができる。

（７）上述した実施形態では、各送信パルス波の周波数が単一の周波数である例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、各送信パルス波の周波数は、所定の周波数帯に含まれていればよい。具体的には、例えば、個々の送信パルス波を周波数変調パルス波とし、その反射波を処理する過程でパルス圧縮処理を行う水中探知装置を構成してもよい。これにより、距離方向の分解能及びドップラー耐性の双方の観点において優れた水中探知装置を提供できる。

（８）上述した実施形態では、送波部２及び受波部３が１つのモータ４ａによって回転駆動させられる例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、送波部２及び受波部３が、別個のモータによって回転駆動させられてもよい。

＜第２実施形態＞
以下、本発明第２実施形態に係る超音波探知装置としての水中探知装置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１Ａは、第１実施形態の水中探知装置１と同様に、いわゆるマルチピング（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｎｇ）方式の水中探知装置である。

水中探知装置１Ａは、例えば、魚群探知機であり、船舶としての自船Ｓの船底に装備される。この水中探知装置１Ａは、自船の下方の水中の所定の検出範囲内において、主に魚及び魚群等の対象物標の探知に用いられる。水中探知装置１Ａは、他にも、岩礁のような海底の起伏、人工漁礁のような構造物の探知などに用いられる。この水中探知装置１Ａは、１チャンネル（シングルビーム）の超音波探知装置であり、詳しくは後述するように、物標について、超音波の伝搬方向の次元と時間の次元である２次元的な画像を表示することができる。そして、本第２実施形態では、マルチピン手法が適用された水中探知装置１Ａにおいて、複数の周波数の送信が原因となる偽像の発生を、前記複数の周波数のそれぞれの送信タイミングを異ならせることで抑制している。

［全体構成］
図１７は、本発明の第２実施形態に係る水中探知装置１Ａの構成を示すブロック図である。水中探知装置１Ａは、図１７に示すように、送波部２Ａと、受波部３Ａと、送受信装置５Ａと、信号処理部１０Ａと、表示部８Ａとを備えている。

送波部２Ａは、パルス状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が海中に露出するように、船底に設けられている。送波部２Ａは、１つ又は複数の超音波振動子を有していて、図１７に示すようなパルス状の送信ビームＴＢＡを形成可能に構成されている。送波部２Ａは、送信ビームＴＢＡの中心軸が例えば鉛直方向を向くように、船底に設けられている。

送信ビームＴＢＡは、自船Ｓが当該自船Ｓの進行方向Ｄ１に沿って進行することに伴い繰り返し送信されることで、進行方向Ｄ１と直交する鉛直面に向けて、順次送信される。

図１８は、送波部２Ａから送波される送信パルス波について説明するための図である。図１７及び図１８を参照して、送波部２Ａからは、詳しくは後述する送信部６Ａから順次出力された第１から第３の増幅後送信パルス信号のそれぞれを超音波に変換して得られる第１送信パルス波Ｐ１Ａ、第２送信パルス波Ｐ２Ａ、及び第３送信パルス波Ｐ３Ａが送波される。各送信パルス波Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ３Ａは、互いに異なる周波数帯を有するパルス波によって構成されている。送波部２Ａからは、第１送信パルス波Ｐ１Ａ、第２送信パルス波Ｐ２Ａ、及び第３送信パルス波Ｐ３Ａを一セットとして含むシーケンスが、一定の周期ＴＡ毎に繰り返し送波される。図１８では、３つのシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡを例示している。

本実施形態では、３つのシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡのそれぞれの時間ＴＡは、同じである。一方、１つのシーケンス内における送信パルス波間の時間間隔は、異なっている。具体的には、シーケンスＳａＡでは、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａは、いずれもＴ／３である。一方、シーケンスＳｂＡでは、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂ，Ｔ３ｂは、Ｔ１ｂ＞Ｔ２ｂ＞Ｔ３ｂである。また、シーケンスＳｃＡでは、各送信パルス波間の時間間隔Ｔ１ｃ，Ｔ２ｃ，Ｔ３ｃは、Ｔ１ｃ＜Ｔ２ｃ＜Ｔ３ｃである。本実施形態では、これら３つのシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡがこの順に繰り返し送信される。

なお、本実施形態では、３つのシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡを例示しているけれども、この通りでなくてもよい。例えば、２つ又は４つ以上のシーケンスが設定され、各シーケンスにおける送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの時間間隔が異なっていてもよい。また、１つのシーケンスにおける送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの時間間隔が、後述する信号処理部１０Ａによってランダムに設定されてもよい。１つのシーケンスにおける送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの時間間隔がランダムに設定される構成は、変形例として後述する。

なお、図１８において各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａは、模式的に図示している。また、ここでは、１つのシーケンスに互いの周波数帯が異なる３つの送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａが含まれる例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、１つのシーケンスに、互いの周波数帯が異なる２つ又は４つ以上の送信パルス波が含まれていてもよい。この場合も、各送信パルス間の時間間隔は、シーケンス毎に異なるように設定される。

また、送波部２Ａから順次送波されるシーケンスにおいて、互いに時間的に隣接するシーケンスのうち、先に出力されるシーケンスを第１シーケンス、後に出力されるシーケンスを第２シーケンスと称する。具体的には、シーケンスＳａＡとシーケンスＳｂＡとの関係においては、ＳａＡが第１シーケンス、ＳｂＡが第２シーケンスである。また、シーケンスＳｂＡとシーケンスＳｃＡとの関係においては、ＳｂＡが第１シーケンス、ＳｃＡが第２シーケンスである。

前述したように、各シーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡは、同じ周期ＴＡで送波される。シーケンスの周期ＴＡは、送波部２Ａから送波された超音波が、本実施形態に係る水中探知装置１Ａで物標が探知される距離である探知レンジＲを進んだ後、受波部３Ａに帰来するまでの時間、に設定される。言い換えれば、シーケンスの周期ＴＡは、超音波が探知レンジＲを往復する時間に設定される。すなわち、本実施形態に係る水中探知装置１Ａでは、各シーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡにおいて、時間的に隣り合う送信パルス波間の時間間隔Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃ，Ｔ３ａ，Ｔ３ｂ，Ｔ３ｃが、いずれも、水中において超音波が検出範囲としての探知レンジＲを往復する時間よりも短い時間間隔（第１時間間隔、第２時間間隔とも呼ばれる）に設定されている。

なお、第１シーケンス（例えばシーケンスＳａＡ）に含まれる送信パルス波Ｐ１Ａは第１パルス波であり、シーケンスＳａＡに含まれる送信パルス波Ｐ２Ａは第２パルス波である。また、第２シーケンス（例えばシーケンスＳｂＡ）に含まれる送信パルス波Ｐ１Ａは第３パルス波であり、シーケンスＳｂＡに含まれる送信パルス波Ｐ２Ａは第４パルス波、である。また、上述した第１パルス波の基となるパルス信号は第１パルス信号、第２パルス波の基となるパルス信号は第２パルス信号、第３パルス波の基となるパルス信号は第３パルス信号、第４パルス波の基となるパルス信号は第４パルス信号、である。本実施形態では、第１パルス波の周波数帯と第３パルス波の周波数帯とを同じに設定しているが、これに限らず、互いに異なる周波数帯に設定してもよい。また、本実施形態では、第２パルス波の周波数帯と第４パルス波の周波数帯とを同じに設定しているが、これに限らず、互いに異なる周波数帯に設定してもよい。また、第１シーケンス（例えばシーケンスＳａＡ）と第２シーケンス（例えばシーケンスＳｂＡ）との関係においては、第１シーケンスＳａＡに含まれる送信パルス波Ｐ１Ａの周波数帯が第１周波数帯であり、第１シーケンスＳａＡに含まれる送信パルス波Ｐ２Ａの周波数帯が第２周波数帯であり、第２シーケンスＳｂＡに含まれる送信パルス波Ｐ１Ａの周波数帯が第３周波数帯であり、第２シーケンスＳｂＡに含まれる送信パルス波Ｐ２Ａの周波数帯が第４周波数帯である。

受波部３Ａは、１つの超音波振動子を有している。受波部３Ａは、送波部２Ａとは分離して設けられている。受波部３Ａの超音波振動子は、超音波が受波される受波面を有しており、この受波面が海中に露出している。受波部３Ａの超音波振動子は、送波部２Ａから送波された超音波である各送信パルス波の反射波を受信波として受波し、電気信号としてのエコー信号に変換する。

送受信装置５Ａは、送信部６Ａと、受信部７Ａとを備えている。

送信部６Ａは、信号処理部１０Ａで生成された送信パルス信号を増幅し、増幅後におけるその信号を増幅後送信パルス信号として送波部２Ａに印加する。これにより、送波部２Ａからは、増幅された各増幅後送信パルス信号に対応する各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａが送波される。具体的には、送波部２Ａからは、第１増幅後送信パルス信号に対応する第１送信パルス波Ｐ１Ａと、第２増幅後送信パルス信号に対応する第２送信パルス波Ｐ２Ａと、第３増幅後送信パルス信号に対応する第３送信パルス波Ｐ３Ａとが、所定の時間間隔を空けて送波される。

受信部７Ａは、受波部３Ａが出力する電気信号としてのエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部７Ａは、デジタル信号に変換されたエコー信号を、信号処理部１０Ａに出力する。より具体的には、受信部７Ａは、受信回路を有している。そして、この受信回路は、受波部３Ａの超音波振動子によって受波された受信波を電気信号に変換して得られた各エコー信号に対して上述した所定の処理を行い、各エコー信号を信号処理部１０Ａに出力する。

信号処理部１０Ａは、送信信号としての送信パルス信号を生成し、送信部６Ａに入力する。また、信号処理部１０Ａは、受信部７Ａから出力されるエコー信号を処理し、物標の画像データを生成する処理を行う。信号処理部１０Ａの構成については、詳しくは後述する。

表示部８Ａは、信号処理部１０Ａから出力された画像データに応じた画像を表示画面に表示する。本実施形態では、表示部８Ａは、自船下方における海中の状態を超音波の伝搬方向の次元と時間の次元である２次元的な画像として表示する。これにより、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。

［信号処理部の構成］
図１９は、信号処理部１０Ａの構成を示すブロック図である。信号処理部１０Ａは、図１９に示すように、制御部１１Ａと、送信タイミング制御部１２Ａと、送信信号生成部１３Ａと、フィルタ係数生成部１４Ａと、エコー信号取得部１５Ａと、画像データ生成部２０Ａと、を有している。信号処理部１０Ａは、ハードウェア・プロセッサ９Ａ（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１０Ａを、制御部１１Ａ、送信タイミング制御部１２Ａ、送信信号生成部１３Ａ、フィルタ係数生成部１４Ａ、エコー信号取得部１５Ａ、及び、画像データ生成部２０Ａとして機能させることができる。

制御部１１Ａは、送信タイミング制御部１２Ａ、送信信号生成部１３Ａ、及びフィルタ係数生成部１４Ａへ各種情報を出力する。

図２０（Ａ）は、送信タイミング制御部１２Ａから出力される送信トリガのタイムチャート、図２０（Ｂ）は、送波部から送波される送信パルス波のタイムチャート、図２０（Ｃ）は、バッファ処理部１７Ａに入力されるエコー信号のタイムチャート、図２０（Ｄ）から図２０（Ｆ）は、バッファ処理部１７Ａからフィルタ処理部１８Ａへ出力される抽出エコー信号のタイムチャート、である。

図１９〜図２０（Ｆ）を参照して、制御部１１Ａは、送信タイミング制御部１２Ａへ、該送信タイミング制御部１２Ａが第１から第３の送信トリガＴｒ１Ａ〜Ｔｒ３Ａを出力すべきタイミングを通知する。第１送信トリガＴｒ１Ａは、第１送信パルス波Ｐ１Ａの基となる第１送信パルス信号を送信信号生成部１３Ａに生成させるためのトリガである。また、第２送信トリガＴｒ２Ａは、第２送信パルス波Ｐ２Ａの基となる第２送信パルス信号を送信信号生成部１３Ａに生成させるためのトリガである。また、第３送信トリガＴｒ３Ａは、第３送信パルス波Ｐ３Ａの基となる第３送信パルス信号を送信信号生成部１３Ａに生成させるためのトリガである。

例えば、図２０（Ａ）に示されているように、シーケンスＳａＡを送信させる際には、シーケンスＳａＡにおける各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａ間の時間間隔に相当する時間間隔が設定される。すなわち、第１送信トリガＴｒ１Ａと、該第１送信トリガＴｒ１Ａの次に出力される第２送信トリガＴｒ２Ａとの時間間隔は、Ｔ１ａであり、第２送信トリガＴｒ２Ａと、該第２送信トリガＴｒ２Ａの次に出力される第３送信トリガＴｒ３Ａとの時間間隔はＴ２ａであり、第３送信トリガＴｒ３Ａと、該第３送信トリガＴｒ３Ａの次に出力される第１送信トリガＴｒ１Ａとの時間間隔はＴ３ａである。

同様に、シーケンスＳｂＡを送信させる際には、シーケンスＳｂＡにおける各送信パルス波間の時間間隔に相当する時間間隔が設定される。すなわち、第１送信トリガＴｒ１Ａと、該第１送信トリガＴｒ１Ａの次に出力される第２送信トリガＴｒ２Ａとの時間間隔は、Ｔ１ｂであり、第２送信トリガＴｒ２Ａと、該第２送信トリガＴｒ２Ａの次に出力される第３送信トリガＴｒ３Ａとの時間間隔はＴ２ｂであり、第３送信トリガＴｒ３Ａと、該第３送信トリガＴｒ３Ａの次に出力される第１送信トリガＴｒ１Ａとの時間間隔はＴ３ｂである。

同様に、シーケンスＳｃＡを送信させる際には、図２０（Ａ）では図示されていないけれども、シーケンスＳｃＡにおける各送信パルス波間の時間間隔に相当する時間間隔が設定されている。すなわち、第１送信トリガＴｒ１Ａと、該第１送信トリガＴｒ１Ａの次に出力される第２送信トリガＴｒ２Ａとの時間間隔は、Ｔ１ｃであり、第２送信トリガＴｒ２Ａと、該第２送信トリガＴｒ２Ａの次に出力される第３送信トリガＴｒ３Ａとの時間間隔はＴ２ｃであり、第３送信トリガＴｒ３Ａと、該第３送信トリガＴｒ３Ａの次に出力される第１送信トリガＴｒ１Ａとの時間間隔はＴ３ｃである。

また、制御部１１Ａは、送信信号生成部１３Ａで生成すべき第１〜第３の送信パルス信号の周波数帯に関する情報を、送信信号生成部１３Ａ及びフィルタ係数生成部１４Ａへ出力する。制御部１１Ａは、互いに異なる３つの周波数帯である第１周波数帯ｆ１Ａ、第２周波数帯ｆ２Ａ、及び第３周波数帯ｆ３Ａを、それぞれ、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号のそれぞれの周波数帯として、送信信号生成部１３Ａ及びフィルタ係数生成部１４Ａへ出力する。

また、制御部１１Ａは、詳しくは後述するフィルタ処理部で行われるフィルタ処理で用いられるフィルタ係数を生成するためのフィルタ仕様（例えば、通過帯域の中心周波数、通過帯域の帯域幅、阻止域の低減レベル、フィルタ長等）を、フィルタ係数生成部１４Ａへ出力する。

送信タイミング制御部１２Ａは、図１９及び図２０（Ａ）を参照して、制御部１１Ａから指示を受けたタイミングで第１から第３の送信トリガＴｒ１Ａ〜Ｔｒ３Ａを生成し、それらの送信トリガを順次、送信信号生成部１３Ａ及びエコー信号取得部１５Ａへ出力する。

送信信号生成部１３Ａは、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号を生成する。第１送信パルス信号は、第１周波数帯ｆ１Ａに含まれる周波数を有する送信パルス信号である。第２送信パルス信号は、第２周波数帯ｆ２Ａに含まれる周波数を有する送信パルス信号である。第３送信パルス信号は、第３周波数帯ｆ３Ａに含まれる周波数を有する送信パルス信号である。各送信パルス信号の周波数は、送波部２Ａが有する超音波振動子が送波可能な超音波の周波数帯域の範囲内において、極力互いに重ならないような周波数帯に設定される。

そして、送信信号生成部１３Ａは、送信トリガＴｒ１Ａ〜Ｔｒ３Ａを受け取る毎に、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号を順に生成する。これにより、シーケンスＳａＡにおいて、第１から第３の送信パルス信号は、互いの時間間隔がＴ１ａ、Ｔ２ａ又はＴ３ａとなるように生成される。また、シーケンスＳｂＡにおいて、第１から第３の送信パルス信号は、互いの時間間隔がＴ１ｂ、Ｔ２ｂ又はＴ３ｂとなるように生成される。また、シーケンスＳｃＡにおいて、第１から第３の送信パルス信号は、互いの時間間隔がＴ１ｃ、Ｔ２ｃ又はＴ３ｃとなるように生成される。

なお、送信信号生成部１３Ａで生成された各送信パルス信号は、所定の窓関数（例えば、ガウス窓、ハミング窓）を掛けられた後、送信部６Ａへ出力される。送信部６Ａへ出力された第１から第３の送信パルス信号は、それぞれ、送信部６Ａによって増幅された後、第１から第３の送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａとして（図２０（Ｂ）参照）、送波部２Ａから水中へ送波される。すなわち、送波部２Ａからは、第１送信パルス波Ｐ１Ａ、第２送信パルス波Ｐ２Ａ、及び第３送信パルス波Ｐ３Ａが、Ｔａ（Ｔ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａ）、Ｔｂ（Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂ，Ｔ３ｂ）又はＴｃ（Ｔ１ｃ，Ｔ２ｃ，Ｔ３ｃ）の時間間隔で、繰り返し送波される。なお、図２０（Ｂ）では、窓関数が掛けられていないパルス信号が図示されている。

また、送信信号生成部１３Ａは、時間的に連続する第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、及び第３送信パルス信号で構成されるシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡを、互いに間隔を空けて連続的に生成する。時間的に隣接する２つのシーケンスの関係において、先に生成されるシーケンスに含まれる第１送信パルス信号は第１パルス信号であり、先に生成されるシーケンスに含まれる第２送信パルス信号は第２パルス信号である。また、互いに時間的に隣接する２つのシーケンスの関係において、後に生成されるシーケンスに含まれる第１送信パルス信号は第３パルス信号であり、後に生成されるシーケンスに含まれる第２送信パルス信号は第４パルス信号である。すなわち、送信信号生成部１３Ａは、時間的に連続する２つのシーケンスにおいて、先のシーケンスに含まれる第１パルス信号及び第２パルス信号と、後のシーケンスに含まれる第３パルス信号及び第４パルス信号とを生成する。

フィルタ係数生成部１４Ａは、制御部１１Ａから通知された第１〜第３の周波数帯に関する情報及びフィルタ仕様に基づいて、第１から第３の送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａのそれぞれの反射波から得られた第１から第３のエコー信号を抽出するためのフィルタ係数を生成する。具体的には、フィルタ係数生成部１４Ａは、第１エコー信号を抽出するための第１フィルタ係数α１Ａと、第２エコー信号を抽出するための第２フィルタ係数α２Ａと、第３エコー信号を抽出するための第３フィルタ係数α３Ａと、を生成する。フィルタ係数生成部１４Ａで生成された各フィルタ係数α１Ａ〜α３Ａは、エコー信号取得部１５Ａへ通知される。なお、フィルタ係数生成部１４Ａを、以下のように構成してもよい。具体的には、予め定めた複数個のフィルタ仕様に基づいて生成してメモリしておいた複数個のフィルタ係数の中から、制御部１１Ａから通知されたフィルタ仕様を選択する番号に基づきフィルタ係数を選択し、選択したそのフィルタ係数をエコー信号取得部１５Ａへ通知する、フィルタ係数生成部１４Ａを構成してもよい。

図２１は、フィルタ処理部１８Ａによってフィルタ処理が行われる前後のエコー信号を模式的に示す図である。図１９、図２０（Ｃ）〜図２０（Ｆ）、及び図２１を参照して、エコー信号取得部１５Ａは、受波部３Ａ側から出力されるエコー信号から、各周波数帯に対応する周波数帯のエコー信号、具体的には第１エコー信号ＥＳ１Ａ、第２エコー信号ＥＳ２Ａ、及び第３エコー信号ＥＳ３Ａを取得する。

エコー信号取得部１５Ａは、１つのエコー信号抽出部１６Ａを有している。エコー信号抽出部１６Ａは、受波部３Ａの１つの超音波振動子に対応して設けられている。

エコー信号抽出部１６Ａは、バッファ処理部１７Ａと、フィルタ処理部１８Ａとを有している。

バッファ処理部１７Ａは、受波部３Ａから送られてくるエコー信号（図２０（Ｃ）参照）を記憶するとともに、同じ種類の送信トリガを受けてから次に同じ種類の送信トリガを受けるまでの間のエコー信号を、抽出エコー信号としてフィルタ処理部１８Ａへ出力する。具体的には、バッファ処理部１７Ａは、第１送信トリガＴｒ１Ａを受けてから次に第１送信トリガＴｒ１Ａを受けるまでの間のエコー信号である第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａを、フィルタ処理部１８Ａへ出力する。また、バッファ処理部１７Ａは、第２送信トリガＴｒ２Ａを受けてから次に第２送信トリガＴｒ２Ａを受けるまでの間のエコー信号である第２抽出エコー信号ＴＥＳ２Ａを、フィルタ処理部１８Ａへ出力する。また、バッファ処理部１７Ａは、第３送信トリガＴｒ３Ａを受けてから次に第３送信トリガＴｒ３Ａを受けるまでのエコー信号である第３抽出エコー信号ＴＥＳ３Ａを、フィルタ処理部１８Ａへ出力する。このように、バッファ処理部１７Ａは、順次抽出される抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａ，ＴＥＳ２Ａ，ＴＥＳ３Ａを、その都度、フィルタ処理部１８Ａへ出力する。

フィルタ処理部１８Ａは、フィルタ係数生成部１４Ａによって生成された各フィルタ係数α１Ａ，α２Ａ，α３Ａを用いて、第１から第３のエコー信号を抽出する。具体的には、フィルタ処理部１８Ａは、第１フィルタ係数α１Ａを用いて第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａをフィルタ処理することにより、第１エコー信号ＥＳ１Ａを抽出する。また、フィルタ処理部１８Ａは、第２フィルタ係数α２Ａを用いて第２抽出エコー信号ＴＥＳ２Ａをフィルタ処理することにより、第２エコー信号ＥＳ２Ａを抽出する。また、フィルタ処理部１８Ａは、第３フィルタ係数α３Ａを用いて第３抽出エコー信号ＴＥＳ３Ａをフィルタ処理することにより、第３エコー信号ＥＳ３Ａを抽出する。このように、フィルタ処理部１８Ａはバンドパスフィルタの働きを有する。しかし、フィルタ処理部１８Ａは、バンドパスフィルタそのものでなくてもよく、同じような働きを有する別の構成を有していてもよい。例えば、フィルタ処理部１８Ａを、信号を直流付近の周波数に変換するミキサーとローパスフィルタとを組み合わることにより構成してもよい。

第１エコー信号ＥＳ１Ａには、該第１エコー信号ＥＳ１Ａを得るために送波された第１送信パルス波Ｐ１Ａに起因する自周波数エコー信号ＥＳ１ａＡ，ＥＳ１ｂＡと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ２Ａ，Ｐ３Ａに起因する他周波数エコー信号ＥＳ１ｗＡ，ＥＳ１ｘＡとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ１ａＡ，ＥＳ１ｂＡは、第１フィルタ係数α１Ａの影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ１ｗＡ，ＥＳ１ｘＡは、第１フィルタ係数α１Ａを用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

第２エコー信号ＥＳ２Ａには、該第２エコー信号ＥＳ２Ａを得るために送波された第２送信パルス波Ｐ２Ａに起因する自周波数エコー信号ＥＳ２ａＡ，ＥＳ２ｂＡと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ１Ａ，Ｐ３Ａに起因する他周波数エコー信号ＥＳ２ｗＡ，ＥＳ２ｘＡ，ＥＳ２ｙＡとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ２ａＡ，ＥＳ２ｂＡは、第２フィルタ係数α２Ａの影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ２ｗＡ，ＥＳ２ｘＡ，ＥＳ２ｙＡは、第２フィルタ係数α２Ａを用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

第３エコー信号ＥＳ３Ａには、該第３エコー信号ＥＳ３Ａを得るために送波された第３送信パルス波Ｐ３Ａに起因する自周波数エコー信号ＥＳ３ａＡ，ＥＳ３ｂＡと、他の周波数帯の送信パルス波Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａに起因する他周波数エコー信号ＥＳ３ｗＡ，ＥＳ３ｘＡ，ＥＳ３ｙＡ，ＥＳ３ｚＡとが含まれる。自周波数エコー信号ＥＳ３ａＡ，ＥＳ３ｂＡは、第３フィルタ係数α３Ａの影響をほぼ受けないため、フィルタ処理前後での振幅が概ね同じである。一方、他周波数エコー信号ＥＳ３ｗＡ，ＥＳ３ｘＡ，ＥＳ３ｙＡ，ＥＳ３ｚＡは、第３フィルタ係数α３Ａを用いたフィルタ処理によって、その振幅が大きく低減する。

画像データ生成部２０Ａは、エコー信号抽出部１６Ａから得られた、進行方向Ｄ１の各位置における、深度に応じたエコー信号の信号レベルに基づいて探知映像の画像データを生成する。

図２２（Ａ）は、画像データ生成部２０Ａに基づいて生成された画像であって、表示部８Ａに表示される画像の一例を示す図である。図２２（Ｂ）は、送信パルス波の送信間隔の種類が単一である場合における、画像データ生成部２０Ａに基づいて生成された画像であって、表示部８Ａに表示される画像の比較例を示す図である。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）において、画像の左右方向は、自船Ｓの進行方向Ｄ１であり、上下方向は、水深方向Ｄ２（鉛直方向）である。

図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）に示す画像では、説明の簡略化のため、海底像が表示部８Ａに映らず、表示部８Ａで表示したい画像が発振線像ＴＬと魚群像ＴＧのみである状況を説明する。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）では、一例として、探知画像に発振線像ＴＬと魚群像ＴＧが描かれ、魚群像ＴＧの周囲に発振線偽像Ｌ，Ｌと魚群偽像Ｆ，Ｆが表示された状態を示している。また、進行方向Ｄ１に隣接するエコー像は、実際には進行方向Ｄ１に離散せずに表示される。しかしながら、本実施形態では、視覚的な分かり易さを優先して、進行方向Ｄ１に隣接するエコー像について、一部、進行方向Ｄ１に離散した表示としている。

なお、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）に示す画像では、エコー強度がある閾値以上のエリアについてハッチングが付されており、エコー強度とハッチングの濃さとは対応していない。

図１８及び図２２（Ａ）を参照して、前述したように、送信パルスＰ１Ａ〜Ｐ３Ａの時間間隔が、シーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡで互いに異ならされている。その結果、発振線偽像Ｌ，Ｌが、ぞれぞれ、進行方向Ｄ１に沿ってジグザグ状に表示されている。さらに、魚群偽像Ｆ，Ｆについても、それぞれ、進行方向Ｄ１に沿ってジグザグ状に表示されている。図２２（Ａ）では、参考として、魚群偽像Ｆ，Ｆを示す領域を想像線である二点鎖線で囲っている。一方で、魚群像ＴＧは、進行方向Ｄ１に連続した像となっている。

このように、偽像である発振線偽像Ｌ，Ｌと魚群偽像Ｆ，Ｆのそれぞれにおいて、像の形状が水深方向Ｄ２にずらされており、進行方向Ｄ１に沿って水深方向Ｄ２の位置が乱れた形状となって表示される。これにより、偽像である発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆと、魚群像ＴＧとの識別がより容易となる。すなわち、送波パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの送波周期をシーケンスＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡ毎に異ならせることで、他周波数エコー信号に起因する発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆが、隣り合う進行方向位置のそれぞれに対応して得られたエリアのエコー強度において、異なる位置に出現する。

一方、図２２（Ｂ）を参照して、送信パルスの時間間隔の種類が単一（例えば、ＴＡ／３）である比較例の場合、発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆのうち、各シーケンスに起因する部分が、進行方向Ｄ１に一まとまりに融合した形状となって大きく表示される。これにより、魚群偽像Ｆ，Ｆと魚群像ＴＧとを識別し難い。

［効果］
以上のように、本第２実施形態に係る水中探知装置１Ａでは、第１送信パルス波Ｐ１Ａが送波されてから、超音波が探知レンジＲを往復する時間Ｔよりも短い時間間隔で、第１送信パルス波Ｐ１Ａと周波数帯が異なる第２送信パルス波Ｐ２Ａを送波している。こうすると、次の送信パルス波を短い時間間隔で送波できるため、短時間で次のエコー信号を得ることができる。しかも、第１送信パルス波Ｐ１Ａの周波数帯と第２送信パルス波Ｐ２Ａの周波数帯とは異なっているため、複数の周波数帯が混在したエコー信号の中から、例えばフィルタ等を用いることにより、所望の周波数帯のエコー信号を抽出することが可能となる。

また、水中探知装置１Ａによれば、１つのシーケンス（ＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡのそれぞれ）内における送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａ間の時間間隔は、異なっている。この構成により、進行方向Ｄ１（換言すれば時間的）に隣接する２つのシーケンスに基づいて得られる水中探知画像において、魚群偽像Ｆ，Ｆが進行方向Ｄ１に不連続な形状となる。その結果、魚群偽像Ｆ，Ｆと魚群像ＴＧとを識別し易くできるという、偽像抑圧効果を得ることができる。

［第２実施形態の変形例］
以上、本発明の第２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２３は、第２実施形態の第１変形例に係る信号処理部１０Ａの構成を示すブロック図である。

上述した実施形態では、図２１、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）を用いて説明したように、フィルタ処理部１８Ａによって所望の周波数帯のエコー信号（例えば、自周波数エコー信号ＥＳ１ａＡ，ＥＳ１ｂＡ）のみを抽出しようとしても、他周波数帯のエコー信号（例えば、他周波数エコー信号ＥＳ１ｗＡ，ＥＳ１ｘＡ、以下このエコー信号を偽像要因信号と称する）が少し残ってしまい、その偽像要因信号が原因でエコー画像に発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆが生じてしまう。この点につき、本変形例では、詳しくは後述するような送波パルスの送波周期のランダム化、及びエコー強度の平滑化処理を行うことにより、表示部８Ａに出現しうる発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆを低減することができる。

［送波パルスの送波周期のランダム化について］
本変形例の送信タイミング制御部１２Ａは、図２４を参照して、各送信トリガＴｒ１Ａ〜Ｔｒ３Ａを、上記第２実施形態におけるシーケンスの周期ＴＡの１／３（＝ＴＡ／シーケンスの種類数）と同じ時間間隔である基準周期Ｔｓｔに対して、例えば±２０％の範囲内に収まるようなランダムなタイミングで出力する。そうすると、それに伴って、各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの周期もランダム化する。これにより、時間的に連続する２つのシーケンスＳａＡ，ＳｂＡの関係において、後に送波される第２シーケンスＳｂＡに含まれる第１送信パルス波（第３パルス波とも呼ばれる）と第２送信パルス波（第４パルス波とも呼ばれる）との時間間隔である第２時間間隔Ｔ１ｂが、先に送波される第１シーケンスＳａＡに含まれる第１送信パルス波Ｐ１Ａと第２送信パルス波との時間間隔である第１時間間隔Ｔ１ａと異なることになる。そうすると、詳しくは以下で説明するが、各エリア内エコー強度において、他周波数エコー信号に起因する偽像が出現する位置を、送信毎に、変えることが可能となる。

［エコー強度の平滑化処理について］
図２３を参照して、本変形例の信号処理部１０Ａの画像データ生成部２０Ａは、偽像を低減するための偽像低減部としての平滑化処理部２２Ａを有している。具体的には、画像データ生成部２０Ａは、まず、エコー信号抽出部１６Ａから得られた、進行方向Ｄ１の各位置における、深度（水深方向Ｄ２）に応じたエコー信号の信号レベルを読み込む。そして、平滑化処理部２２Ａは、隣り合う進行方向Ｄ１における位置のそれぞれに対応して得られたエコー強度を平滑化する。具体的には、一例として、隣り合う進行方向Ｄ１の位置のそれぞれに対応して得られたエコー強度において、対応する水深方向Ｄ２のエコー強度を平滑化する。そして、画像データ生成部２０Ａは、このようにして平滑化処理が行われた各進行方向位置ごとのエコー強度を用いて、探知映像の画像データを生成する。平滑化処理部２２Ａが行う平滑化処理としては、平均、重み付き平均、最小値選択等が挙げられる。例えば、重み付き平均を行うためには、ＦＩＲフィルタ、或いはＩＩＲフィルタを用いて平滑化処理部２２Ａを構成すればよい。

図２５（Ａ）は、ランダム化処理及び平滑化処理を行う前の探知画像の一例を示す図である。また、図２５（Ｂ）は、ランダム化処理及び平滑化処理を行った後の探知画像の一例を示す図である。

上述したような送波パルスの送波周期のランダム化を行うことで、他周波数エコー信号に起因する偽像が、隣り合う進行方向位置のそれぞれに対応して得られたエコー強度において、異なる位置に出現する。図２５（Ａ）は、ランダム化及び平滑化処理が行われる前の画像データ（例えば第１画像データ）に基づいて生成された第１エコー画像である。

図２５（Ａ）を参照して、前述したように、送信パルスの時間間隔の種類が単一の比較例の場合、魚群偽像Ｆ，Ｆは、各シーケンスに起因する部分が進行方向Ｄ１（時系列）に連続した形状となって大きく表示される。これにより、魚群偽像Ｆ，Ｆと魚群像ＴＧとを識別し難い。

一方、図２５（Ｂ）を参照して、本変形例に係る水中探知装置１Ａでは、上述したように、隣り合う進行方向位置のそれぞれに対応して得られた第１画像データと第２画像データとが平滑化される。本変形例では、時間的に隣接する送信パルス波の間隔がランダム化されている。このため、各画像データにおいて出現する発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆのうち、時間的に隣接する送信パルス波に起因する部分は、水深方向Ｄ２における位置を互いにずれることになる。そのようにして生成された第１画像データと第２画像データとを平滑化することで、所望の魚群像ＴＧのエコー強度を維持しつつ、発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆのエコー強度を低減することができる。図２５（Ｂ）では、発振線ＴＬと魚群像ＴＧの濃さよりも発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆの濃さが薄いことを、像の輪郭線を細くすることで表現している。

以上、本変形例のように、各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａが送波されるタイミングを所定の範囲内でランダム化することで、各エコー画像内に含まれる発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆの水深方向Ｄ２における位置を互いにずらすことができる。そうすると、例えば本変形例で説明したような平滑化処理を行う等によって、合成画像データに含まれる発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆをより低減することが可能となる。

また、本変形例では、平滑化処理部２２Ａによる平滑化処理を行うことで、合成画像データに含まれ得る発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆの濃度を低減することができる。

また、本変形例のように、隣り合う位置のそれぞれに対応して得られた第１画像データと第２画像データとを平滑化することにより、合成画像データに含まれ得る発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆを適切に低減することができる。

なお、ここでは、隣接する進行方向Ｄ１の位置でのエコー強度を平滑化することにより偽像を低減する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、進行方向位置において平滑化されるエコー強度の数は、３以上でもよい。

また、本変形例では、各送信パルス波Ｐ１〜Ｐ３の送波タイミングをランダム化する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの送波タイミングに規則性があったとしても、各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａが送波されるタイミングが一定でなければよい。

また、本変形例では、各送信パルス波Ｐ１Ａ〜Ｐ３Ａの送波タイミングのランダム化と、平滑化処理部２２Ａによる平滑化処理との双方を行うことが可能な水中探知装置を例に挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、図２３に示す変形例に係る信号処理部１０Ａにおいて、平滑化処理部２２Ａが省略されていてもよい。この場合でも、エコー強度の平滑化による偽像低減の効果は得られないものの、例えば図２５（Ｂ）に示す発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆが、全体的にぼやけて表示される。その結果、ユーザの目には、発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆのエコー強度が低減されて見えることになる。

（２）図２６は、第２実施形態の第２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。また、図２７は、図２６に示す第２実施形態の第２変形例に係る信号処理部１０Ａのエコー信号取得部１５Ａによって偽像要因信号が低減される過程を説明するための模式図である。

上述した変形例では、発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆを低減するための偽像低減部として平滑化処理部２２Ａを例に挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、図２６及び図２７を参照して、本変形例のエコー信号取得部１５Ａの各エコー信号抽出部１６Ａは、バッファ処理部１７Ａ及びフィルタ処理部１８Ａだけでなく、偽像検出部２３Ａ及びエコー強度低減部２４Ａを更に備えている。

偽像検出部２３Ａは、バッファ処理部１７Ａによって抽出された第１から第３の抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａ，ＴＥＳ２Ａ，ＴＥＳ３Ａ（図２１）のそれぞれに含まれる偽像要因信号を検出する。図２６及び図２７を参照して、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａを例に挙げて説明すると、該第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａに含まれる偽像要因信号には、第２送信パルス波Ｐ２Ａが送波されたタイミング（言い換えれば、第２送信トリガが出力されたタイミング）とほぼ同じタイミングで得られたエコー信号ＦＳ２Ａが含まれると考えらえる。これは、送波部２Ａから送波された第２送信パルス波Ｐ２Ａが、時間的間隔をあけずに直接的に受波部３Ａによって受波されるためである。同様に、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａに含まれる偽像要因信号には、第３送信パルス波Ｐ３Ａが送波されたタイミング（言い換えれば、第３送信トリガが出力されたタイミング）とほぼ同じタイミングで得られたエコー信号ＦＳ３Ａが含まれると考えられる。これは、送波部２Ａから送波された第３送信パルス波Ｐ３Ａが、時間的間隔をあけずに直接的に受波部３Ａによって受波されるためである。偽像検出部２３Ａは、送信タイミング制御部１２Ａから第２送信トリガＴｒ２Ａの送信タイミング、及び、第３送信トリガＴｒ３Ａの送信タイミングを通知される。そして、偽像検出部２３Ａは、第２送信トリガＴｒ２Ａを受けた直後に発生する比較的振幅の大きい信号と、第３送信トリガＴｒ３Ａを受けた直後に発生する比較的振幅の大きい信号とを、偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａとして検出する。

エコー強度低減部２４Ａは、偽像検出部２３Ａによって検出された偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａのエコー強度を低減する。偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａのエコー強度の低減方法としては、偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａのエコー強度（振幅）をゼロ、微小値等の別の値に置換する方法と、時系列に隣接する受信エコー信号から計算した補間値に置換する方法と、を例示できる。エコー強度低減部２４Ａは、このような処理によって偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａのエコー強度が例えばゼロに置換された第１抽出エコー信号を、第１エコー信号ＴＥＳ１'Ａとしてフィルタ処理部１８Ａへ出力する。

なお、第２抽出エコー信号ＴＥＳ２Ａに関して、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａについて説明したのと同様にして、第１送信パルス波及び第３送信パルス波に起因する偽像要因信号を置換される。同様に、第３抽出エコー信号ＴＥＳ３Ａに関して、第１抽出エコー信号ＴＥＳ１Ａについて説明したのと同様にして、第１送信パルス波及び第２送信パルス波に起因する偽像要因信号を置換される。

以上のように、本変形例によれば、他周波数の送信パルス波に起因する偽像要因信号を低減することができる。これにより、表示部８Ａに表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

なお、本変形例では、偽像低減部としての偽像検出部２３Ａ及びエコー強度低減部２４Ａを、フィルタ処理部１８Ａの前段に設けたが、これに限らない。具体的には、偽像検出部２３Ａ及びエコー強度低減部２４Ａを、フィルタ処理部１８Ａの後段に設けてもよい。すなわち、図２１を参照して、フィルタ処理が行われた後の各エコー信号ＥＳ１Ａ，ＥＳ２Ａ，ＥＳ３Ａにおいて偽像要因信号を検出し、それらのエコー強度を低減してもよい。この場合であっても、表示部８Ａに表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

或いは、偽像検出部２３Ａ及びエコー強度低減部２４Ａを、画像データ生成部２０Ａに設けてもよい。この場合、偽像検出部２３Ａは、例えば図２５（Ｂ）に例示されるような各画像データにおいて、各送信トリガの送波タイミングを参照して発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆを検出する。そして、エコー強度低減部２４Ａは、偽像検出部２３Ａによって検出された発振線偽像Ｌ，Ｌ及び魚群偽像Ｆ，Ｆのエコー強度を低減する。この場合であっても、表示部８Ａに表示されるエコー画像に出現しうる偽像を目立たなくすることができる。

（３）なお、第２実施形態では、（ａ１）１つのシーケンス内における複数の送信パルス波の送信タイミングを、シーケンス（ＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡ）間で異ならせる形態を説明した。また、変形例では、（ａ２）１つのシーケンス内における複数の送信パルス波の送信タイミングを、シーケンス（ＳａＡ，ＳｂＡ，ＳｃＡ）間でランダムにする形態と、（ｂ）時系列に隣接する受信パルス波のエコー信号レベルを平滑化する形態を説明した。また、変形例では、（ｃ）偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａの原因となるエコー信号の振幅値を、他の値に置換する形態を説明した。なお、以下では、上記（ａ１）、（ａ２）の何れかを択一的に表現する場合、単に（ａ）と示す。そして、上記（ａ）〜（ｃ）の構成の何れか２つまた３つ全てを備える構成が採用されてもよい。

例えば、上記（ａ１）の、送信パルスの送信タイミングを異ならせる構成と、上記（ｂ）の、時系列に隣接する受信パルス波のエコー信号レベルを平滑化する構成と、が組み合わされてもよい。

また、上記（ａ）の、送信パルスの送信タイミングを異ならせるか又はランダムにする構成と、上記（ｃ）の、偽像要因信号ＦＳ２Ａ，ＦＳ３Ａの原因となるエコー信号の振幅値を他の値に置換する構成と、が組み合わされてもよい。

上記（ａ）〜（ｃ）の３つ全ての構成が採用される場合の信号処理部１０Ａの構成は、図２６に示す構成で実現できる。

（４）上述の第２実施形態及びその変形例では、受波部３Ａが１つである１チャンネル（ＣＨ）の構成ついて説明した。このような構成において、エコーデータを用い電子走査しない機器であれば、１ＣＨの水中探知装置に限らず、２ＣＨ以上の複数ＣＨの水中探知装置に上述の第２実施形態及びその変形例の構成が適用されてもよい。具体的には、自船Ｓの右舷探知用ビームと左舷探知用ビームの２ＣＨを備えるサイドスキャンソナーに、上述の第２実施形態及びその変形例の構成が適用されてもよい。また、上述の第２実施形態及びその変形例の構成が、自船Ｓの前方、右舷及び左舷の何れか一つを探知する構成であってもよい。

（５）上述した実施形態では、送波部２Ａ及び受波部３Ａが別々に設けられている構成を例に説明したが、これに限らない。送波部２Ａ及び受波部３Ａは、単一の超音波振動子で構成されていてもよい。例えば、周波数の異なる送信パルス波線としての発振線が飽和しても、この発振線を示すエコー信号値が他の値に置換されることで、飽和による影響を受けずに済む。

１，１ａ 水中探知装置（超音波探知装置）
２ 送波部
３ 受波部
３ａ 受波素子
４ａ モータ（回転駆動部）
１３ 送信信号生成部
１５，１５ａ エコー信号取得部
２０，２０ａ ファンエリア内探知データ生成部（画像データ生成部）
２１ ３次元エコーデータ処理部（合成画像データ生成部）

Claims (16)

1. 所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知装置であって、
   第１周波数帯の第１パルス波及び前記第１周波数帯とは周波数帯が異なる第２周波数帯の第２パルス波を含むシーケンスであって、前記第１パルス波と前記第２パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第１時間間隔に設定された第１シーケンス、を送波する送波部と、
   複数の受波素子を有し、各前記受波素子が、前記第１パルス波の反射波及び前記第２パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換する受波部と、
   前記受波部を回転駆動させる回転駆動部と、
   前記エコー信号の中から、前記第１周波数帯に対応する周波数帯の第１エコー信号、及び前記第２周波数帯に対応する周波数帯の第２エコー信号、を取得するエコー信号取得部と、
   複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第１エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第１画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第２エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第２画像データを生成する画像データ生成部と、
   前記第１画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第２画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第１画像データ及び前記第２画像データを合成して合成画像データを生成する合成画像データ生成部と、
   を備えており、
   前記送波部は、第３周波数帯の第３パルス波及び前記第３周波数帯とは周波数帯が異なる第４周波数帯の第４パルス波を含むシーケンスであって、前記第３パルス波と前記第４パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第２時間間隔に設定された第２シーケンス、を前記第１シーケンスよりも遅れて送波し、
   前記第２時間間隔は前記第１時間間隔と異なることを特徴とする、超音波探知装置。
2. 請求項１に記載の超音波探知装置において、
   前記第１画像データに含まれるエコー像であって、前記第２パルス波に起因するエコー像である偽像、のエコー強度を低減する偽像低減部、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。
3. 請求項２に記載の超音波探知装置において、
   前記偽像低減部は、前記第１画像データ及び前記第２画像データのそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有していることを特徴とする、超音波探知装置。
4. 請求項２に記載の超音波探知装置において、
   前記偽像低減部は、前記受波部が略同じ角度位置のときに前記画像データ生成部に生成された複数の画像データ、のそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有していることを特徴とする、超音波探知装置。
5. 請求項２に記載の超音波探知装置において、
   前記偽像低減部は、
   前記偽像の要因となる偽像要因信号を検出する偽像検出部と、
   前記偽像検出部によって検出された前記偽像要因信号のエコー強度を低減することにより前記偽像を低減する偽像エコー強度低減部と、
   を有していることを特徴とする、超音波探知装置。
6. 請求項５に記載の超音波探知装置において、
   前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって前記第１画像データが生成される前に前記偽像のエコー強度を低減することを特徴とする、超音波探知装置。
7. 請求項５に記載の超音波探知装置において、
   前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって生成された前記第１画像データにおける前記偽像のエコー強度を低減することを特徴とする、超音波探知装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波探知装置において、
   各前記受波素子の受波面は、長方形状に形成され、各前記受波素子は、扇形状のファンエリアからの前記反射波を受波可能に構成されていることを特徴とする、超音波探知装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超音波探知装置において、
   前記回転駆動部は、前記画像データ生成部がビームフォーミングを行う面に垂直な方向へ前記受波部を回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波探知装置において、
    前記受波部及び前記送波部は、互いに分離して設けられていて、相対移動不能であることを特徴とする、超音波探知装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超音波探知装置において、
    前記回転駆動部は、前記受波部を水平面に沿って回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超音波探知装置において、
    前記回転駆動部は、前記受波部を垂直面に沿って回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。
13. 所定の検出範囲内の対象物を検出する超音波検出装置であって、
    第１の周波数帯の第１パルス波と前記第１周波数帯とは異なる周波数帯の第２の周波数帯の第２パルス波とを含む複数のシーケンスを送信する送波部であって、前記第１パルス波と前記第２パルス波との間の時間間隔は、水中での超音波が前記検出範囲を往復する時間よりも短くされ、前記時間間隔は、前記複数のシーケンスのうちの２つのシーケンスの間で異なる送波部と、
    前記第１パルス波と前記第２パルス波の反射波を受信する受信素子であって、前記反射波をエコー信号に変換する受信素子を含む、受波部と、
    前記エコー信号から第１エコー信号及び第２エコー信号を取得するエコー信号取得部であって、前記第１エコー信号は前記第１の周波数帯に関連する周波数帯から検索され、前記第２エコー信号は前記第２の周波数帯に関連する周波数帯から検索されるエコー信号取得部と、
    前記第１エコー信号に基づいて生成される第１画像データを生成し、前記第２エコー信号に基づいて生成される第２画像データを生成する画像データ生成部と、
    を備えていることを特徴とする、超音波探知装置。
14. 請求項１３に記載の超音波検出装置において、
    前記第１画像データ及び前記第２画像データのエコー強度を、前記第１画像データ及び前記第２画像データの対応する位置で平滑化する平滑化処理部、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載の超音波検出装置において、
    前記第１画像データに含まれており且つ前記第２パルス波に起因するエコー画像である、偽像を発生させる原因となる偽画像発生信号を検出する偽像検出部と、
    前記偽像検出部によって検出された前記偽画像発生信号のエコー強度を低減する偽像エコー強度低減部と、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。
16. 所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知方法であって、
    第１周波数帯の第１パルス波及び前記第１周波数帯とは周波数帯が異なる第２周波数帯の第２パルス波を含むシーケンスであって、前記第１パルス波と前記第２パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第１時間間隔に設定された第１シーケンス、を送波し、複数の受波素子の各前記受波素子が前記第１パルス波の反射波及び前記第２パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換し、複数の前記受波素子を有する受波部を回転駆動させ、前記エコー信号の中から、前記第１周波数帯に対応する周波数帯の第１エコー信号、及び前記第２周波数帯に対応する周波数帯の第２エコー信号、を取得し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第１エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第１画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第２エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第２画像データを生成し、前記第１画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第２画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第１画像データ及び前記第２画像データを合成して合成画像データを生成し、
    第３周波数帯の第３パルス波及び前記第３周波数帯とは周波数帯が異なる第４周波数帯の第４パルス波を含むシーケンスであって、前記第３パルス波と前記第４パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第２時間間隔に設定された第２シーケンス、を前記第１シーケンスよりも遅れて送波し、
    前記第２時間間隔は前記第１時間間隔と異なる、超音波探知方法。

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