JPH0123749B2

JPH0123749B2 -

Info

Publication number: JPH0123749B2
Application number: JP58234851A
Authority: JP
Inventors: Hideji Morimatsu; Yoshinori Fujiwara
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1983-12-12
Filing date: 1983-12-12
Publication date: 1989-05-08
Also published as: JPS60125578A

Description

【発明の詳細な説明】ａ発明の技術分野この発明は超音波信号を受波するときの指向性
受波ビームを形成することに関するもので、特
に、近距離位置から到来する超音波信号に対して
好適な指向性受波ビームを形成する装置に関す
る。

ｂ従来技術水中探知装置は周知のように超音波パルスを送
波して探知物体からの反射波を受波する。そし
て、探知パルスを送波してから反射波が受波され
るまでの時間によつて探知物体までの距離を測定
し、反射波の到来方向によつて探知物体の方向を
測定する。

探知物体の到来方向は指向性受波ビームを形成
することにより行われる。指向性受波ビームは最
も一般的には複数個の超音波振動子の受波信号を
位相合成して生成する。

この位相合成は例えば第１図に示すように、複
数個の超音波振動子を配列して、各振動子の受波
信号を適宜移相して特定方向に等位相波面を形成
するごとくして行う。

振動子配列長2l₁に対して十分遠方より到来す
る音波は等位相波面Fwが平面波と見なすことが
できる。従つて、正面に対してθ方向から到来す
る音波を受波する場合、振動子配列平面F_Tを
F_T′までθだけ傾けて音波の等位相波面Fwと平
行にすることにより、振動子の合成受波感度をθ
方向に対して最大感度にすることができる。すな
わち、θ方向に指向性受波ビームを形成すること
ができる。

上記において、振動子配列平面F_TをF_T′まで傾
けて移相合成するための各振動子の位相補正量
は、例えば中央位置の振動子Tiに対する振動子
T₁の補正量φ₁は φ₁＝2π／λl₁Sinθ で表わされる。但し、l₁は中央の振動子Tiから振
動子T₁までの距離を示す。

ｃ従来技術の欠点上記のように、到来音波の音源が十分遠方にあ
るときはその等位相波面を平面波と見なすことが
できる。ところが、第２図に示すように、音源ま
での距離Ｄが振動子配列長2l₁に対して無視でき
ないとき、到来する音波の等位相波面Fwが球面
波であることを考慮しなければならない。従つ
て、従来のように、振動子配列平面F_Tを面F_T′の
ようにθだけ傾けただけでは、振動子受波面を音
波の等位相波面と平行にすることはできず、θ方
向の音源に対して最大受波感度を形成することは
できない。

ｄ発明の目的この発明は、近距離位置の音源から到来する音
波の等位相波面を球面波として考慮しなければな
らないときは、振動子配列平面が到来音波の等位
相波面の形成する球面波と同じになるように、各
振動子の受波信号を位相補正することにより、到
来音波に対して最大の受波感度を形成することを
目的とする。

ｅ発明の原理第３図に示すように、音源Ｑが振動子配列の正
面にあるとき、各振動子T₁乃至Tnの受波信号を
各振動子から球面状の等位相波面F_T′までの距離
に応じた位相補正を行えばよい。例えば、振動子
T₁の場合、等位相波面F_T′までの距離△d₁は △d₁＝√² ₁＋²−Ｄとして求められるから、位相補正量△φ₁は △φ₁＝2π／λ（√² ₁＋²−Ｄ） ……(1) で表わされる。

次に第４図に示すように、音源Ｑが正面に対し
てθ方向に位置する場合、まず、振動子配列平面
F_TをF_T′までθだけ傾けて、音源Ｑが中央位置の
振動子Tiの正面に位置するようにすれば、第３
図と同様にして、F_T′面上に置変えた振動子位
置、すなわちF_T′面上の投影位置から球面状の等
位相波面Fwまでの距離に応じた位相補正を行え
ばよい。例えば、振動子T₁の場合、等位相受波
面F_TをF_T′までθだけ傾けるための位相補正量△
φθ₁は △φθ₁＝2π／λl₁Sinθ ……(2) であり、F_T′面上に変換した振動子T₁位置は、振
動子T₁からF_T′面上に下した垂線の交点T_H1で表
わされるから、F_T′面上の等位相受波面を球面状
の等位相波面Fwに一致させるためのT_H1位置に
おける位相補正量△φ_H1は、第３図から明らかな
ように、 △φ_H1＝2π／λ（√²＋² ₁ ²−Ｄ）……(
3) で表わされる。従つて、振動子T₁の全体の位相
補正量φ₁は(2)、(3)式より φ₁＝△φθ₁＋△φ_H1 ＝2π／λ（l₁sinθ＋√²＋² ₁ ²−Ｄ）…
…(4) で表わされる。

上記から明らかなように、この発明は、到来音
波の音源が近距離位置にあるとき、送受波器配列
平面を音源に対して正面に位置するように、配列
振動子の位相補正を行い、さらに、正面位置に配
列変換した各振動子位置から到来音波の球面状等
位相波面までの距離に対応した位相補正を行うこ
とにより、近距離音源からの到来音波に対する指
向性受波ビームを形成する。

ｆ発明の実施例第５図において、T₁乃至T₈は超音波振動子を
示し、共通平面F_T上に直線状に配列されている。
なお、振動子配列は必らずしも平面状に配列する
必要はなく、球面状あるいは曲面状でもよいが、
説明の便宜上平面状に配列するものとする。

超音波振動子T₁乃至T₈の各受波信号はそれぞ
れの前置増巾器１０１乃至１０８を経てそれぞれ
の混合回路２０１乃至２０８に導かれて、他の前
置増巾器３０１乃至３０８から送出される信号波
とそれぞれ別個に混合される。混合回路２０１乃
至２０８の各混合出力は加算回路４で加算された
後、フイルター５へ導かれて特定周波の信号成分
が抽出される。そして、フイルター５の出力信号
によつて特定方向の指向性受波ビームが形成され
る。

以下これについて説明する。

前置増巾器３０１乃至３０８は各々の出力が特
定の位相関係を有する周波信号を送出する。この
周波信号を混合回路２０１乃至２０８において、
超音波振動子T₁乃至T₈の受波信号とそれぞれに
混合すると、各々の混合出力は各々の位相が周波
信号の位相関係に対応して規制され、これによつ
て超音波振動子T₁乃至T₈の受波信号を等価的に
移相させることができる。このときの移相量は、
前置増巾器３０１乃至３０８から送出される周波
信号の位相によつて決定される。例えば、前置増
巾器３０１の出力する周波信号の位相を△φだけ
変化させると、混合回路２０１の出力信号の位相
が△φだけ変化し、これによつて超音波振動子
T₁の受波信号を△φだけ移送させたのと等価の
効果を得ることができる。

従つて、特公昭56−54590号公報に記載のよう
に、前置増巾器３０１乃至３０８の周波信号出力
の位相を特定の関係、例えば、各周波信号の位相
を一定量づつ線形に変化させると、超音波信号
T₁乃至T₈の受波信号を等価的に一定量づつ移相
させた信号を混合回路２０１乃至２０８の出力側
に得ることができる。この信号を合成して特定の
周波成分を抽出すると特定方向に指向性を有する
受波ビームを形成することができる。

上記において、混合回路２０１乃至２０８に導
かれる周波信号の位相関係を一定の関係を保ちな
がら位相を変化させると指向性受波ビームの指向
方向を変化させることができる。出願人はこの種
の装置として特願昭57−121439号（特開昭59−
126271号、以下「先行技術」という）を提供し
た。この装置は混合回路２０１乃至２０８に導か
れる周波信号の位相を時間的に変化させて、すな
わち、周波信号の周波数を時間的に変化させて受
波ビームの指向方向を変化させるものである。こ
の場合、先行技術のものは、第１図に示すよう
に、超音波振動子T₁乃至T₈に到来する超音波の
等位相波面を平面波と見なして指向方向が時間的
に変化する指向性受波ビームを形成するものであ
る。

この発明は、先行技術で提供した技術を用いて
第４図のごとくして近距離位置Ｑの音源に対する
指向性受波ビームを形成するものである。

以下これについて説明すると、記憶回路６及び
７はそれぞれの記憶データーが読出されることに
よつて、８チヤンネルの矩形波列が送出される。
そして、記憶回路６によつて生成される矩形波列
によつて、第４図における超音波振動子T₁乃至
Tnの配列平面F_TがF_T′まで傾けられ、さらに、記
憶回路７によつて生成される矩形波列によつて、
等位相受波面F_T′上に置き変えた超音波振動子か
ら球面波Fwまでの位相補正が行われる。例えば、
超音波振動子T₁は、等位相受波面F_T′上ではT_H1
位置で与えられるから、T_H1位置から球面波Fw
までの距離△d₁に相当する位相補正を行えばよ
い。

まず、記憶回路６によつて生成される矩形波列
について説明すると、記憶回路６はカウンター８
の計数値によつて記憶番地の指定が行われ、各記
憶番地毎に８チヤンネルの記憶データーが２進値
で読出される。読出された記憶データーはラツチ
回路９０１乃至９０８にラツチされ、ラツチ回路
９０１乃至９０８から８チヤンネルの矩形波が送
出される。ラツチ回路９０１乃至９０８はラツチ
パルス生成回路１０によつて、先行技術で説明し
たごとくして記憶回路６の記憶データーをラツチ
する。又、ラツチパルス生成回路１０は分周回路
１１からカウンター８へ送出するパルス列と、分
周回路１１において分周されるクロツクパルス源
１２の分周パルスとを組合わせてラツチパルスを
生成する。

第６図C₁₁乃至C₁₈はラツチ回路９０１乃至９０
８の送出する矩形波列を示し、矩形波列C₁₁乃至
C₁₈は△φづつ位相が順に異なるように生成され
る。そして、矩形波列C₁₁乃至C₁₈はその位相差△
φが時間的に変化するように生成される。この動
作は、先行技術で説明したように、矩形波列C₁₁
乃至C₁₈のくり返し周波数を時間的に変化させる
ことにより行う。

従つて、ラツチ回路９０１乃至９０８の矩形波
列C₁₁乃至C₁₈を混合回路２０１乃至２０８へ導く
ことにより、超音波振動子T₁乃至T₈の等位相波
面F_Tを、第４図に示すように、矩形波列C₁₁乃至
C₁₈位相差△φに応じた角θだけ傾け、さらに、
その傾き角θを矩形波列C₁₁乃至C₁₈の位相変化に
対応して時間的に変化させる。

上記において、記憶回路６の記憶容量は、超音
波振動子T₁乃至T₈によつて形成される指向性受
波ビームの変化時間、矩形波列C₁₁乃至C₁₈にくり
返し周波数及び矩形波列C₁₁乃至C₁₈を生成すると
きの位相精度によつて決定される。例えば、超音
波振動子T₁乃至T₈に到来する超音波パルスを0.5
ｍの距離分解能で検出するとき、超音波が0.5ｍ
伝播する間に各方位から到来する超音波信号を時
系列化しなければならない。従つて、矩形波列
C₁₁乃至C₁₈のくり返し周波数を192kHz、位相差精
度を1/64周期で生成するものとすると、0.5ｍの
超音波伝播時間は666.7μsecであるから 666.7×10^-6／１／192×10³×１／64＝819
2 により１チヤンネルの矩形波当り8kビツトの容
量が必要である。従つて、８チヤンネルの矩形波
列生成するためには8kバイトの容量が必要であ
る。又、カウンター８は少なくとも8192以上の計
数容量を必要とし、カウンター８に入力されるク
ロツク周波数は 192kHz×64＝12288kHz であ与えられるから、分周回路１１はクロツクパ
ルス源１２のパルス列を分周して12288kHzのパ
ルス列を送出すればよい。

次に、記憶回路７によつて生成される矩形波に
ついて説明すると、記憶回路７はカウンター１３
の計数値、記憶回路１４及び１５の数値データー
によつて記憶番地が指定され、記憶データーが読
出される。記憶回路７は、記憶回路６と同様に各
記憶番地毎に８チヤンネルの記憶データーを送出
し、送出された記憶データーがラツチ回路１６１
乃至１６８によつてラツチされて８チヤンネルの
矩形波列が送出される。この矩形波列は、第４図
において、振動子配列T₁乃至Tnをθ方向の等位
相受波面F_T′上に置き変えた位置から球面状の等
位相波面Fwまでの距離に対応する位相量だけ超
音波振動子T₁乃至T₈の受波信号を移相する。そ
して、移相することにより、θ方向の等位相受波
面F_T′上に置き変えた振動子を、さらに、球面状
の等位相受波面Fw上の位置に置き変える。これ
によつて、音源Ｑに対する指向性受波ビームを形
成する。

第４図において、等位相受波面F_T′上の振動子
位置から、球面状等位相波面Fwまでの距離は、
等位相受波面F_T′の傾き角θによつて変化すると
同時に、音源までの距離Ｄによつても変化する。
従つて、ラツチ回路１６１乃至１６８から送出さ
れる矩形波は、それぞれの位相を等位相受波面
F_T′の傾き角θの変化に対応して変化させると同
時に、音源Ｑまでの距離Ｄの変化に対応させても
変化させなければならない。従つて、このような
矩形波列を記憶回路７で生成する場合、記憶回路
７は大容量のものを用いなければならない。例え
ば、ラツチ回路１６１乃至１６８から88kHzの矩
形波列を1/64周期の位相精度で生成するものとす
ると、0.5ｍの距離分解能を得る666.7μsecの間矩
形波列を送出するためには、 666.7×10^-6／１／88×10³×１／64＝3754（ビ
ツト）の記憶容量が各チヤンネル矩形波毎に必要であ
る。そして、各チヤンネルの矩形波は音源までの
距離が変化する毎に新たに生成しなければならな
いから、0.5ｍの距離分解能で100ｍの探知を行う
場合は、 100／0.5＝200 であるから、200種類の矩形波を生成しなれれば
ならない。従つて、矩形波の１チヤンネル当りに
必要な容量は 3754×200＝750800（ビツト）であるから、８チヤンネルの矩形波を生成するた
めには750kバイトの記憶容量が必要となる。こ
のような大容量の記憶回路を用いる場合は、記憶
回路７の構成が非常に大型になりあまり実用的で
はない。

記憶回路７は上記のような大容量のものばかり
ではなく、非常に小容量の記憶回路、例えば88k
Hzの矩形波列を生成する場合は8kバイトの記憶
容量が用いられる。

ラツチ回路１６１乃至１６８から送出する矩形
波列は、上記説明したように、厳密には、等位相
受波面F_T′の傾き角θ、音源Ｑまでの距離Ｄに応
じて変化させなければならない。しかし、実際に
は、１種類の矩形波列を等位相受波面F_T′の傾き
角θ、音源Ｑまでの距離Ｄの一定の変化範囲に対
して共通に使用しても差支えない。この場合の共
通に使用し得る変化範囲は実験的、経験的に求め
ることができる。すなわち、一種類に矩形波列を
用いて等位相受波面F_T′の傾き角θ、音源距離Ｄ
を変化させたとき、受波ビームがあらかじめ定め
た特性を保つように変化範囲を設定すればよい。

第５図の記憶回路７は、中心方向に対象な探知
範囲±60゜に対して、60゜の探知区間を８区間に分
割して、各区間毎に共通の矩形波列を使用し、距
離方向に対しては、100ｍの探知範囲を16区間に
分割して、各区間毎に共通の矩形波列を使用する
例を示す。

第７図は記憶回路７の構成例を示し、8kバイ
トの容量で構成され、各記憶番地毎に記憶データ
ーが８チヤンネルの矩形波列データーとして送出
される。

記憶回路７の記憶番地（０乃至8191）は13桁の
２進数で指定される。そして、13桁の２進数のう
ち下から６桁の数値はカウンター１３によつて指
定され、次の３桁は記憶回路１４によつて指定さ
れ、上位４桁は記憶回路１５によつて指定され
る。

従つて、記憶回路７はカウンター１３の計数値
によつて「64」の記憶番地が順に指定され、記憶
回路１４の指定数値が変化する毎にカウンター１
３による指定番地が「64」番地間隔で変化する。
さらに、記憶回路１５の指定数値が変化する毎に
「512」番地間隔で記憶番地が変化する。例えば、
記憶回路１５の指定数値が「0000」、記憶回路１
４の指定数値が「000」のとき、記憶回路７はカ
ウンター１３の計数値によつて「０」番地乃至
「63」番地の記憶番地がくり返し指定される。そ
して、記憶回路１４の指定数値が「001」に変化
すると、「64」番地乃至「127」番地の記憶番地が
くり返し指定される。さらに、記憶回路１５の指
定数値が「0001」に変化すると、記憶回路７は
「512」番地だけ指定番地が変化し、カウンター１
３の計数値によつて「512」番地乃至「575」番地
の記憶番地がくり返し指定される。

上記において、カウンター１３は64進カウンタ
ーで構成され、分周回路１９から送出されるパル
ス列を計数する。分周回路１９の出力パルスは、
カウンター１３の計数値が一順したとき、ラツチ
回路１６１乃至１６８が送出する矩形波列の一周
期が終了するように設定されている。例えば、ラ
ツチ回路１６１乃至１６８の送出する矩形波列の
くり返し周波数を88kHz、又1/64周期の位相精度
で生成するものとすると、分周回路１９の出力パ
ルスの周期は１／88×10³×１／64＝177.6×10^-9（sec）＝177.6（ｎ
sec）で与えられる。従つて、分周回路１９はクロツク
パルス源１２のパルス列を分周して177.6nsecの
パルス列を送出するように分周比が設定されてい
る。

カウンター１３は、その計数値が一順する毎に
記憶回路７から８チヤンネルの矩形波列の１周期
間の記憶データーが読出される。記憶回路７から
読出された記憶データーはラツチ回路１６１乃至
１６８にラツチされて、ラツチ回路１６１乃至１
６８から８チヤンネルの矩形波列が送出される。
この矩形波列は、記憶回路１４及び１５の指定数
値が変化しない限りくり返し読出される。そし
て、各チヤンネルの矩形波列の位相関係は記憶回
路１４及び１５によつて指定される。すなわち、
第４図における等位相受波面F_T′の傾き角θに対
応する記憶回路１４の指定値をｉ、（ｉ＝０、１、
２、……７）、音源Ｑまでの距離Ｄに対応する記
憶回路１５の指定値をｊ、（ｊ＝０、１、２、…
…15）、とすると、カウンター１３によつて読出
される記憶回路７の記憶番地は（512j＋64i）番
地から｛（512j＋64i）＋64）｝番地で表わされてい
る。この記憶番地に対応する記憶データーが読出
されてラツチ回路１６１乃至１６８から８チヤン
ネルの矩形波列が送出される。そして、このとき
の各チヤンネルの矩形波列は、第４図におけるθ
方向の等位相受波面F_T′を球面状の等位相受波面
Fwに一致させる位相関係を有するように、記憶
回路７の（512j＋64i）番地から｛（512j＋64i）＋
64｝番地の間に書込まれている。

上記から明らかなように、記憶回路１４は等位
相受波面F_T′の傾き角θを指定するもので、カウ
ンター１７の計数値に基づいて角度指定を行う。
カウンター１７は分周回路２０を経て走査回路２
１から導かれる角度パルスを計数する。この角度
パルスは表示器２２の画素走査に関連して、例え
ば、画素走査の1゜毎に一個の角度パルスがカウン
ター１７に計数される。又、カウンター１７は表
示器２２の走査線の走査開始と同時に計数を開始
する。従つて、カウンター１７の計数値は表示器
２２の画素走査角に対して変化し、表示器２２上
の画素走査が中心方位Ｎに対して−60゜から＋60゜
まで変化するとき、カウンター１７の計数値は
「０」から「120」まで変化する。カウンター１７
のこの計数値変化に対して記憶回路１４は第８図
のように２進３桁の指定値を変化させる。

第８図から明らかなように、計数値が「０」か
ら「４」まで変化する間は記憶回路１４は数値
「000」を指定する。従つて、この間はラツチ回路
１６１乃至１６８から送出される矩形波列は一定
の位相関係に保たれ、57.9゜方向の音源に対して
位相補正を行うように各チヤンネルの位相関係が
設定される。以下同様にして、計数値変化に対し
て第８図に示すように指定数値が変化し、各指定
数値に対応するビーム方向が設定される。

カウンター１７は、表示器２２の各走査線の走
査開始と同時に計数を開始して走査終了毎に走査
回路２１から送出される出力パルスによつて計数
値がリセツトされる。従つて、カウンター１７
は、表示器２２の各走査線上の走査位置に対応し
た計数値を記憶回路１４へ送出し、記憶回路１４
はその計数値に基づいて第８図のように定められ
た指定数値を送出する。なお、カウンター１７の
リセツトと同時にカウンター１３及び８もリセツ
トする。

上記において、カウンター１７のリセツトパル
スは走査回路２１内で生成される。走査回路２１
は、カウンター２１１がクロツクパルス源２１２
のパルス列を計数してその計数値に関連して表示
器２２の画素走査が行われる。カウンター２１１
の計数値は正弦波電圧発生回路２１３及び余弦波
電圧発生回路２１４へ送出され、カウンター２１
１の計数値に対応した正弦波電圧並びに余弦波電
圧が各々から送出される。この正弦波電圧及び余
弦波電圧は振巾変調回路２１５，２１６の各々を
経てＸ軸偏向回路２３、Ｙ軸偏向回路２４の各々
へ導かれる。従つて、表示器２２上には円孤状の
走査線２５が形成される。そして、この走査線
は、カウンター２１１が計数して計数値が一順す
る間に中心方位Ｎに対して−60゜位置から＋60゜位
置まで形成されるように、正弦波電圧発生回路２
１３、余弦波電圧発生回路２１４が構成されてい
る。なお、正弦波電圧発生回路２１３並びに余弦
波電圧発生回路２１４はＤ／Ａ変換回路が用いら
れ、カウンター２１１の計数値に対応した正弦波
電圧、余弦波電圧を送出する。そして、カウンタ
ー２１１は各走査線２５が形成される毎に出力パ
ルスを送出し、この出力パルスによつてカウンタ
ー１７，１３及び８がリセツトされる。又、この
出力パルスはゲート回路２６を経てカウンター１
８へ導かれて計数される。

表示器２２上の走査線２５の走査時間は表示す
る距離分解能によつて決定され、例えば、上記し
たように、0.5ｍの距離分解能で表示する場合、
各走査線は666.7μsec毎に形成される。従つて、
走査回路２１におけるカウンター２１１は
666.7μsec毎に出力パルスを送出し、このパルス
間隔は表示器２２上の0.5ｍに相当する。

カウンター１８は送信器２７から出力パルスが
送出される毎に計数値がリセツトされる。従つ
て、カウンター１８の計数値は表示器２２によつ
て探知パルスが送波された後、探知物体までの距
離に対応する。なお、送信器２７は送波器２８か
ら広範囲方向に超音波パルスを送波する毎に出力
パルスを送出する。この出力パルスは走査回路２
１の鋸歯状波生成回路２１７へ送出され、鋸歯状
波を発生させる。この鋸歯状波は振巾変調回路２
１５及び２１６へ導かれて正弦波電圧発生回路２
１３並びに余弦波電圧発生回路２１４から送出さ
れる正弦波電圧並びに余弦波電圧の各々を鋸歯状
に変化させる。その結果、表示器２２上には同心
円状の走査線が形成される。又、鋸歯状波の波高
値変化によつて表示器２２上の走査線数が変化
し、表示器２２上に表示される距離範囲が変化す
る。

カウンター１８は、上記のように、送信器２７
の出力パルスによつて計数値がリセツトされ、探
知距離の0.5ｍ毎に操作回路２１から送出される
パルス波を計数する。従つて、カウンター１８の
計数値は表示器２２上の探知距離に対応して変化
する。カウンター１８の計数値は記憶回路１５へ
送出され、記憶回路１５はその計数値を４桁の２
進数に変換して送出する。

第９図はカウンター１８の計数値に対する記憶
回路１５の変換数値の関係を示す。例えば、計数
値が「０」から「６」まで変化する間、記憶回路
１５は「0000」の２進４桁の数値を送出する。そ
して、この４桁の数値によつて記憶回路７の記憶
番地の上位４桁が指定される。従つて、記憶回路
７は、この４桁の指定番地「0000」と記憶回路１
４の３桁の指定番地によつて決定される８チヤン
ネルの矩形波列データーを送出する。そして、上
記のように、記憶回路１５の指定番地が「0000」
のとき記憶回路７は第４図における音源距離Ｄが
３ｍのときの矩形波列データーを送出する。同様
にして、カウンター１８の計数値は「７」になる
と記憶番地１５は数値「0001」を送出し、記憶回
路７は指定番地「0001」に対応して3.5ｍの音源
に対する矩形波列データーを送出する。以後同様
にして、カウンター１８の計数値に対応して記憶
回路７の指定番地が順次変化して、計数値が特定
値に達したとき、カウンター１８は出力パルスを
送出し、この出力パルスによつてフリツプフロツ
プ２９が反転し、それに基づいてゲート回路２６
が遮断される。従つて、カウンター１８はその後
は計数動作を停止し、その直前の計数値が保持さ
れる。第９図においては計数値が「199」になつ
たとき出力パルスが送出され、記憶回路１５は数
値「1101」を保持する。そして、記憶回路７は音
源距離96.5ｍに対する矩形波列データーを送出す
る。なお、フリツプフロツプ２９は、送信器２７
の送信パルスによつてカウンター１８がリセツト
されると同時にリセツトされ、ゲート回路２６を
導通させる。

上記のごとくして記憶回路７からは音源の方
位、距離に関連した位相関係を有する８チヤンネ
ルの矩形波列データーが送出され、ラツチ回路１
６１乃至１６８から８チヤンネルの矩形波列が送
出される。なお、ラツチ回路１６１乃至１６８は
ラツチパルス生成回路３０から送出されるラツチ
パルスによつてラツチ動作を行い、ラツチパルス
生成回路３０は、カウンター１３に導かれるパル
ス列と分周回路１９の分周パルスとを用いてラツ
チパルスを送出する。

ラツチ回路１６１乃至１６８から送出される８
チヤンネルの矩形波列は、ラツチ回路９０１乃至
９０８の矩形波列と各チヤンネル毎にイクスクル
ージブORゲート３１１乃至３１８へ送出され
る。例えば、イクスクルージブORゲート３１１
にはラツチ回路１６１と９０１の矩形波列が導か
れる。イクスクルージブORゲート３１１乃至３
１８の各々は入力信号の乗算出力を送出する。す
なわち、混合回路２１０乃至２０８と同様な作用
を行う。従つて、イクスクルージブORゲート３
１１乃至３１８から送出される矩形波列は、ラツ
チ回路９０１乃至９０８の矩形波列の位相関係に
ラツチ回路１６１乃至１６８の矩形波列の位相関
係を重畳した矩形波列が送出される。例えば、第
４図において、振動子T₁の受波信号をθ方向の
等位相受波面F_T′上の位置T_H1に位相補正し、さ
らに、球面状の等位相波面Fw上に位相補正を行
う矩形波列がイクスクルージブORゲート３１１
から送出される。

イクスクルージブORゲート３１１乃至３１８
の各出力はフイルター３２１乃至３２８に導かれ
て特定の周波信号が抽出される。例えば、ラツチ
回路９０１乃至９０８の矩形波列が192kHz、ラ
ツチ回路１６１乃至１６８の矩形波列が88kHzの
とき、フイルター３０１乃至イ３２８は各周波信
号の和成分280kHzの周波信号を抽出する。そし
て、フイルター３２１乃至３２８の抽出信号は、
ラツチ回路９０１乃至９０８の矩形波列の位相に
ラツチ回路１６１乃至１６８の矩形波列の位相を
重畳した位相関係を有する。

従つて、フイルター３２１乃至３２８の抽出信
号を前置増巾器３０１乃至３０８を経て混合回路
２０１乃至２０８に導くことにより、超音波振動
子T₁乃至T₈の受波信号を、第４図に示すように、
θ方向の距離Ｄ位置の音源Ｑによつて生じる球面
波Fwに対して同位相にすることができる。そし
て、音源Ｑに対する指向性受波ビーム信号はフイ
ルターによつて抽出された後、増巾器３３を経て
表示器２２の輝度端子に導かれる。その結果、表
示器２２のラスタ上の音源Ｑの対応する方位、距
離位置に輝点が表示される。

ｇ発明の効果配列振動子の配列形状を近距離位置から到来す
る音波の球面波と同形状に形成することができる
から、近距離位置に存在する探知物体の方位を高
精度に構成することができる。

ｈ発明の他の実施例第１０図において、第５図と同一番号のものは
同一の動作を行う。

第１０図においては、64個の超音波振動子T₁
乃至T₆₄が配列平面F_T上に一定間隔で直線状に配
列されている。そして、64個の振動子は４個づつ
組合わされて８組のブロツクが構成され、各ブロ
ツク毎の振動子が組合わされて、第１１図に示す
ように、８個の指向性受波ビームB₁乃至B₈が形
成される。この指向性受波ビームB₁乃至B₈は同
一方向を指向して、かつ、その指向性方向が連動
して変化する。

指向性受波ビームB₁乃至B₈の指向方向はラツ
チ回路３４１乃至３４４から送出される４チヤン
ネルの矩形波列の位相関係によつて決定され、
又、４チヤンネル矩形波列の位相関係を変化させ
ることにより、指向方向が連動して変化させられ
る。

ラツチ回路３４１乃至３４４はカウンター３５
によつて読出される記憶回路３６の記憶データー
をラツチすることにより矩形波列を送出する。な
お、カウンター３５はカウンター８，１３及び１
７と共にリセツトされる。

ラツチ回路３４１乃至３４４から送出される４
チヤンネルの矩形波列は、MX₁乃至MX₆₄の混合
回路が４組毎に構成する８組のブロツクに共通に
導かれる。従つて混合回路MX₁乃至MX₆₄の混合
出力を各ブロツク毎に加算回路AD₁乃至AD₈に導
いてフイルターF₁乃至F₈によつて特定周波信号
を抽出することにより、各フイルターF₁乃至F₈
から第１１図に示すような指向性受波ビームB₁
乃至B₈を形成することができる。フイルターF₁
乃至F₈は、例えば、超音波振動子T₁乃至T₆₄の受
波信号を100kHz、ラツチ回路３４１乃至３４４
から送出される矩形波列を75kHzとすると、その
和周波成分175kHzを抽出する。

記憶回路３６の記憶容量は、生成する矩形波列
の周波数と生成する位相精度によつて決定され、
矩形波列の周波数を75kHz、位相精度を1/64周期
とすると、矩形波列送出時間が上記と同様に
666.7μsecの場合、１チヤンネルの矩形波を生成
するのに必要な容量は 666.7×10^-6／１／75×10³×１／64≒3200（ビ
ツト）として算出される。従つて、４チヤンネルの矩形
波を生成するように必要な容量は（４×3200）ビ
ツトであり、又、カウンター３５は少なくとも
「3200」以上の計数容量が必要である。又、カウ
ンター３５に入力されるクロツクの周期は１／75×10³×１／64≒0.208×10^-6（sec）＝208（nsec
）と求められる。

従つて、分周回路３８はクロツクパルス源１２
のパルス列を分周して208nsecのクロツクパルス
をカウンター３５へ送出する。又、ラツチパルス
生成回路３７は分周回路３８の出力パルスと分周
パルスを組合わせてラツチパルスを生成し、その
ラツチパルスによつてラツチ回路３４１乃至３４
４にラツチ動作を行わせる。

以上の結果、フイルターF₁乃至T₈から送出さ
れる受波ビームは、ラツチ回路３４１乃至３４４
から送出される矩形波列の位相変化に対応して、
連動して指向方向が変化する。そして、その指向
方向の変化範囲は第５図の超音波振動子により形
成される指向性受波ビームの変化範囲と同様にな
るように設定されている。例えば、第５図におい
て、中心方位Ｎに対して±60゜の範囲を指向性受
波ビームが変化するとき、第１０図においてフイ
ルターF₁乃至F₈から送出される受波ビーム信号
は混合回路２０１乃至２０８へ導かれた前置増巾
器３０１乃至３０８から送出される周波信号と混
合される。混合回路２０１乃至２０８は第５図と
同様に混合動作を行い、各々の混合出力を加算回
路４へ送出する。

従つて、第１０図においては、第５図に示す超
音波振動子T₁乃至T₈の受波信号に変えて複数個
の振動子を組合わせた指向性受波ビームが混合回
路２０１乃至２０８に導かれる。そして、各々の
指向性受波ビームの指向方向はラツチ回路９０１
乃至９０８から送出される矩形波列によつて制御
される指向方向に連動して制御される。その結
果、加算回路４で加算され、フイルター５から送
出される指向性受波ビームは第５図に比して指向
角の非常に鋭い受波ビームが形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の原理を説明するための図、
第２図は従来装置の欠点を説明するための図、第
３図及び第４図はこの発明の原理を説明するため
の図、第５図はこの発明の実施例を示し、第６図
はその動作を説明するための波形図、第７図はそ
の記憶回路の構成を説明するための図、第８図及
び第９図は記憶回路の動作を説明するための図、
第１０図は他の実施例を示し、第１１図はその超
音波振動子によつて形成される受波ビームを説明
するための図を示す。 T₁乃至T₈……超音波振動子、１０１乃至１０
８……前置増巾器、２０１乃至２０８……混合回
路、３０１乃至３０８……前置増巾器、４……加
算回路、５……フイルター、６及び７……記憶回
路、８……カウンター、９０１乃至９０８……ラ
ツチ回路、１０……ラツチパルス生成回路、１１
……分周回路、１２……クロツクパルス源、１３
……カウンター、１４及び１５……記憶回路、１
６１乃至１６８……ラツチ回路、１７及び１８…
…カウンター、１９及び２０……分周回路、２１
……走査回路、２１１……カウンター、２１２…
…クロツクパルス源、２１３……正弦波電圧生成
回路、２１４……余弦波電圧生成回路、２１５及
び２１６……振幅変調回路、２１７……鋸歯状生
成回路、２１８……制御回路、２２……表示器、
２３及び２４……変調回路、２５……走査線、２
６……ゲート回路、２７……送信器、２８……送
波器、２９……フリツプフロツプ、３０……ラツ
チパルス生成回路、３１１乃至３１８……イクス
クルージブORゲート、３２１乃至３２８……フ
イルター、３３……増巾器、３４１乃至３４４…
…ラツチ回路、３５……カウンター、３６……記
憶回路、３７……ラツチパルス生成回路、３８…
…分周回路、T₁乃至T₆₄……超音波振動子、PA₁
乃至PA₆₄……前置増幅器、MX₁乃至MX₆₄……
混合回路、AD₁乃至AD₈……加算回路、F₁乃至
F₈……フイルター。

Claims

【特許請求の範囲】１直線状に配列される複数個の超音波受波器
と、該複数個の超音波受波器の各々の受波信号を各
受波器受波面から上記振動子配列方向に対して特
定角だけ傾斜した等位相波面までの距離にに対応
した量だけ移相させる第１の移相手段と、さらに上記複数個の超音波受波器の受波信号
を、各受波器の受波面から上記特定角だけ傾斜し
た等位相波面上に垂直に下した上記等位相波面上
の位置から上記受波信号の音源までの距離と、上
記音源から等距離線上に形成される球面状の等位
相波面までの距離との距離差に対応した量だけ移
相させる第２の移相手段とを具備し、上記第１、第２の移相手段によつて移相された
上記複数個の超音波振動子の各々の受波信号を合
成することにより上記音源方向の指向性受波ビー
ムを形成することを特徴とする近距離位置からの
到来音波に対する指向性受波ビーム形成装置。２上記超音波受波器が複数個の超音波振動子を
配列して構成され該複数個の超音波振動子の受波
信号を合成して取り出すごとくなされ、かつ、該
合成された受波信号が上記特定角だけ傾斜した等
位相波面方向に指向性を形成するごとくなされて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項の近
距離位置からの到来音波に対する指向性受波ビー
ム形成装置。