JPH01180484A - 受波ビーム幅可変超音波探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超音波探知装置の受波ビームのビーム幅を変
化させることにより探知範囲を拡大する技術に関する。

（従来の技術） 複数の振動子からなる超音波送受波器を使用した魚群探
知機やアクティブソナー等の超音波探知装置は水中に音
波を送波し、魚群等の反射物体（目標）からの反射音を
受波して、受波信号を記録機やＣＲＴに表示することに
より、反射物体の有無や距離を探知するものであるが、
送受波器の受波ビーム幅は一定の幅に固定されたもので
あった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、受波ビーム幅が一定の幅に固定されてい
る点については次のような問題がある。

以下、第６図により説明する０図中８０は狭いビーム幅
の受波ビームを示し、θ、はそのビーム幅角度である。

また、Ｂ　ｒｗは広いビーム幅の受波ビームを示し、θ
１はそのビーム幅角度である。

狭いビーム幅角度θ工の受波ビームＢ　ｒｎは、例えば
水平方向探知を行う場合、海面や海底等の不要な反射を
受けにくく且つ指向方向の感度が高いのでビーム幅内の
遠方の魚群Ｆｌ等の反射信号を受信しやすくなる利点が
あるが、魚群Ｆ２のように近距離であってもビーム幅外
の目標等の反射信号を捕捉できなくなる欠点がある。こ
れに対して広いビーム幅角度θ、の受波ビームＢ０は、
前記の魚群Ｆ’２はビーム幅内に入るので捕捉が可能と
なるが、遠距離の信号は海面や海底等の反射レベルの高
い不要な信号を受けやすくなり、魚群の判別ができにく
くなると言う問題がある。

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑みて、近距離の
目標からの反射音波を受波するときには広いビーム幅で
受波し、遠距離の目標になるほど狭いビーム幅で受波す
るようにすることにより、不要な反射音の受波の少ない
状態で遠方の目標を探知でき、一方、近距離に在る目標
は広い角度範囲に渡って探知できる超音波探知装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために次の手段構成を
有する。

即ち本発明の受波ビーム幅可変超音波探知装置は、複数
個の振動子を配列した送受波器と；　位相制御信号を受
けて送受波器の各振動子からの受波信号のそれぞれの位
相を個別に移相させる複数の移相手段と；　広狭種々の
受波ビーム幅を形成するために各受波信号を前記各移相
手段が移相すべき移相量のデータを各ビーム幅に対応さ
せて記憶する記憶手段と；　送波繰り返し周期内におい
て、送波時から前記記憶手段のデータを時間の経過と共
に広いビーム幅のデータから順次狭いビーム幅のデータ
へという順序で出力させ、該出力データに基づいて各移
相手段の移相量を制御する位相制御信号を出力する位相
制御手段と；　前記各移相手段により移相された・受波
信号を加算する加算回路と；　を具備することを特徴と
するものである。

（作　用） 以下、上記手段構成を有する本発明の受波ビーム幅可変
超音波探知装置の作用を説明する。

第３図はＮ個の振動子１−１〜同１−Ｎが直線的に配列
された送受波器において位相制御により受波ビームのビ
ーム幅が変化することを説明する図である。

今、各振動子が音波を受波したこと番こよって出力する
受波信号を位相を変えずにそのまま加算する場合には、
音波が振動子の受波面に沿った面Ｂ１に直角の方向から
到来する場合に各受波信号が総て同相で加算されるため
加算出力は最も大きくなり、音波の到来方向がこの方向
から傾くにつれて各受波信号の位相が異なってゆき打ち
消し合うものもでて来て加算出力は低下する。即ち、面
Ｂ８と直角の方向にビーム幅の狭い受波ビームが形成さ
れる。

これに対して、各振動子の受波信号の位相を、半径がＲ
２で振動子１−１および同１−Ｎの送波面を通る円周と
各振動子送波面との間の距離１＋（ｉ−１，２，・・・
、Ｎ）に相当する位相量だけ進めると、恰も各振動子が
この円周に沿って配列されているのと同じようになり受
波ビームのビーム幅が広くなる。半径Ｒ１のようにより
小さい半径の円周を想定してこの円周と各振動子送波面
との間の距離Ｌ’１（１＝１．２．・・・、Ｎ）に相当
する位相量だけ対応する振動子の受波信号の位相を進め
ると、恰も各振動子がこの円周に沿って配列されている
のと同じようになるので半径Ｒ２の円の場合よりも一層
広いビーム幅の受波ビームが得られることになる。

従って、各振動子の受波信号の位相を様々の半径に応じ
た位相量だけ移相することにより受波ビーム幅を変える
ことができる。

本発明装置では、広狭種々の受波ビーム幅を形成するた
めに各受波信号を移送すべき位相量のデー夕を各ビーム
幅に対応させて記憶手段に記憶させておき、位相制御手
段により、送波繰り返し周期内において送波時から前記
記憶手段のデータを時間の経過と共に広いビーム幅のデ
ータから順次狭いビーム幅のデータへという順序で出力
させ、。

該出力データに基づいた位相制御信号を各移相手段へ送
出し、各振動子の受波信号の位相を移相して加算回路に
より加算しているので、受波ビームは送波直後はビーム
幅が広く時間の経過につれて漸次ビーム幅が狭くなって
行く。

目標物からの反射音波が送受波器へ到達する時間は送受
波器から目標物までの距離に比例するので、上記のよう
なビーム幅の制御においては近距離の目標物は広いビー
ム幅の受波ビームで受波され、遠距離の目標物は狭いビ
ーム幅の受波ビームで受波されることになる。

その結果、海面や海底からの反射波のような不要な反射
音の受波の少ない状態で遠方の目標を探知でき、一方、
近距離の目標は広い角度範囲に渡って探知できることに
なる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の受波ビーム可変超音波探知装置の実施
例の構成を示すブロック図であり、第２図は第１図中の
位相制御器６の詳細ブロック図である。

振動子１−１〜同１−Ｎの受波信号出力はそれぞれ対応
するプリアンプ２−１〜同２−Ｎへ送られ必要なレベル
まで増幅された後混合回路３−１〜同３−Ｎへ加えられ
る。混合回路３−１〜同３−Ｎへは位相制御器６から周
波数が同じでそれぞれ個別の初相を有する混合信号ｆｐ
、〜同ｆｐＮが加えられている。混合回路の出力には、
その周波数変換作用により受波信号の周波数と混合信号
の周波数との和の周波数の信号と差の周波数の信号が含
まれているがバンドパスフィルタ５によりその一方だけ
が取り出され用いられる。

本実施例では、混合信号の周波数が受波信号の周波数よ
りも低く両者の差周波数の信号が取り出されるものとす
る。一方混合回路の出力信号の位相は混合信号の初相分
だけ移相される。即ち、受波信号の位相は混合回路で混
合信号の初相分だけ移相されることになる。従って、位
相制御器６において各混合信号ｆｐ１〜同ｆｐＮの初相
を任意に設定することにより受波信号の位相を任意の位
相量だけ移相させることができる。こうして周波数変換
を受けると同時に移相された各受波信号は加算回路４で
加算された後、差周波数を中心周波数とするバンドパス
フィルタ５で差周波数信号が取り出される０次に、位相
制御器６の詳細を説明する。

第２図は位相制御器６の詳細を示すブロック図である０
図中、８−１〜８−Ｎはフリップフロップが８段カスケ
ードに接続されたプリセッタブルカウンタであり、基準
クロック発生回路１０から基準クロックを受けこれを計
数し、最上位ビットのフリップフロップの出力を混合信
号ｆｐｌ〜同ｆ＃Ｎとして混合回路３−１〜同３−Ｎへ
出力している。即ち、基準クロック周波数の２５６分の
１の周波数の矩形波信号が出力され混合回路３−１〜同
３−Ｎへ送られその基本周波数正弦波信号と受波信号と
が混合される。

一方、プリセッタブルカウンタは各段のフリップフロッ
プを“０″又は１″にプリセットすることによりその状
態までは計数動作が既に済んだものとすることができる
ので基準クロックの計数動作はその状態から始まること
になる０例えば、全ビット（桁）のフリップフロップが
最初“０”であれば最上位ビット即ち８桁目のフリップ
フロップは基準クロックの第１発目から第１２８発註を
計数するまでは“０”であり、第１２９発から第２５６
発を計数する間は“１”となる、そして、第２５７売口
からは第１発目からと同様の動作を繰り返すことになる
。

これに対して、例えば第１桁から第５桁までのフリップ
フロップを１ｎにプリセットし、第６桁から第８桁まで
のフリップフロップを“Ｏ″にプリセットするとカウン
タは３２発目迄の計数を完了している状態となっている
ので基準クロック発生回路１０からの第１発は３３発目
に相当する。

従って、カウンタの最上位ビットが“Ｏ”であるのは１
２８から３２を引いた９６発目までで９７発目から２２
４発目までが“１”となる、以後、１２８発毎に“０″
、１”を繰り返す。

また、第１桁から第６桁まで′１″にプリセットし、第
７桁、第８桁を“０”にプリセットするとカウンタは６
４発目迄の計数を完了している状態となっているので基
準クロック発生回路１０からの第１売口は６５発目に相
当する。従ってカウンタの最上位ビットが０”であるの
は１２８から６４を引いた６４発目までであって、６５
発目から１９２９２発目が“１″となる。以ｆ＆　１２
８発毎に”０”と１″を繰り返す。

以上の関係を図示すると第４図のようになる。

即ち、プリセットによって最上位ビット（ＭＳＢ）のフ
リップフロップの出力矩形波の位相を任意に進ませるこ
とができる。第２図のＲＯＭ７−１〜ＲＯＭ７−Ｎは各
プリセッタブルカウンタのプリセット値を記憶させてお
く記憶手段である。

ＲＯＭ７−１〜同７−Ｎには広狭多数のビーム幅に対応
する移相量のデータが記憶されておりそれぞれにアドレ
スが付与されている。そしてアドレス部９からの信号に
より各ＲＯＭの同一ビーム幅に対応するデータのアドレ
スが同時に一括して指定されるようになっている。指定
されたアドレスの各データはそれぞれ対応するプリセッ
タブルカウンタ８−１〜同８−Ｎへ送出され、ロード信
号発生回路１１からロード信号が到来した時点で各プリ
セッタブルカウンタにロードされる。

各プリセッタブルカウンタはプリセットされた状態から
基準クロックを計数し始め基準クロック周波数の２５６
分の１の周波数で且つプリセット値に対応する位相量の
初相をもった矩形波信号を対応する各混合回路へ出力す
る。そして、この位相量の分だけ受波信号の位相を移相
させることになる。従って、ＲＯＭ７−１〜同７−Ｎに
記憶させている種々のデータを、送波時から時間の経過
につれて広いビーム幅に対応するデータから順次狭いビ
ーム幅に対応するデータへという順序でアドレス指定す
ることにより、受波ビーム幅は送波時に最も広く漸次狭
くなって行く。

第５図は、送波時から次の送波時迄の間にＲＯＭ７−１
〜同７−Ｎに対するアドレス指定、該指定に基づく読み
出しデータ、該読み出しデータをプリセッタブルカウン
タにロードするロード信号および読み出しデータに基づ
く初相を有する混合信号が時間の経過につれて順次変化
していくことを示す図である。データ中のＲｌ、Ｒ，、
・・・、Ｒｏは第３図で説明した半径に対応するもので
、各半径に対応するビーム幅を得るのに必要な初相のデ
ータということになる。半径の大小関係はＲ１＜Ｒ２く
Ｒ３く・・・くＲ１である。・混合信号φ’Ｒ１はデー
タＲ，に対応する初相を持ったｆｐ１〜ｆｐＨの混合信
号の全体を意味している。制御回路１２はアドレス部９
およびロード信号発生回路１１のタイミング制御を行う
。

以上の実施例ではＲＯＭ７−１〜ＲＯＭ？−Ｎが手段構
成にいう記憶手段に該当し、混合回路３−１〜混合回路
３−Ｎが移相手段に該当し、プリセッタブルカウンタ８
−１〜同８−Ｎ、アドレス部９、基準クロック発生回路
１０、ロード信号発生回路１１および制御回路１２は位
相制御手段に該当する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の受波ビーム幅可変超音波
探知装置は送波直後の受波ビームのビーム幅を最も広く
し時間の経過につれてビーム幅を漸次狭くして行くこと
により近距離目標はビーム幅の広い受波ビームで、探知
し、遠距離目標はどビーム幅の狭い受波ビームで探知す
るので、遠距離目標は海面反射や海底反射等の不要の反
射を抑えて受波でき、一方近距離の目標は広い角度範囲
に渡って探知できるので従来のビーム幅固定の場合に較
べ探知性能が向上し且つ探知範囲が拡大するという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第゛２図は本発明実施例装置の構成を示す
ブロック図、第３図は送受波器の各振動子の受波信号の
位相を移相させることにより受波ビームのビーム幅が広
くできることを説明する図、第４図はプリセッタブルカ
ウンタの出力波形図、第５図は受波ビームのビーム幅が
時間の経過につれて制御されることを示す図、第６図は
受波ビーム幅と目標探知範囲の説明図である。 １・・・・・・送受波器、　１−１〜１−Ｎ・・・・・
・振動子、２−１〜２−Ｎ・・・・・・プリアンプ、　
３−１〜３−Ｎ・・・・・・混合回路、　４・・・・・
・加算回路、　６・・・・・・位相制御器、　７−１〜
７−Ｎ・・・・・・ＲＯＭ、８−１〜８−Ｎ・・・・・
・ブリセッタプ、ルカウンタ、９・・・・・・アドレス
部、　１ｏ・・・・・・基準クロック発生回路、　１１
・・・・・・ロード信号発生回路、１２・・・・・・制
御回路。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 察　／　閃 ４−−−−−−−−−−−・１０脣回路。 単　２　図 第４　図 基準クロ・ツクパルス扱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の振動子を配列した送受波器と；位相制御信号を
   受けて送受波器の各振動子からの受波信号のそれぞれの
   位相を個別に移相させる複数の移相手段と；広狭種々の
   受波ビーム幅を形成するために各受波信号を前記各移相
   手段が移相すべき移相量のデータを各ビーム幅に対応さ
   せて記憶する記憶手段と；送波繰り返し周期内において
   、送波時から前記記憶手段のデータを時間の経過と共に
   広いビーム幅のデータから順次狭いビーム幅のデータへ
   という順序で出力させ、該出力データに基づいて各移相
   手段の移相量を制御する位相制御信号を出力する位相制
   御手段と；前記各移相手段により移相された受波信号を
   加算する加算回路と；を具備することを特徴とする受波
   ビーム幅可変超音波探知装置。