JPH02138890A - 水中探知装置 - 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」 この発明は、超音波信号を用いる水中探知装置に関１〜
、特に音波の伝搬に伴う損失を補償した水中探知装置に
関する。

［従来の技術］ 水中に音波を放射１７、その音波の反射エコーを受波す
る場合、音波はその伝搬中に様々な要因によって減衰す
るが、その主たる要因としては、■拡散減衰 ■吸収減衰 ■反射損失 の三つが挙げられ、この内、■の要因は、海中にある目
標物が魚、ＤＳＬあるいは海底等なのかを知るのに有用
な情報となる。一方、■及び■の要因は、音波が伝搬す
る媒質に因るもので伝搬距離に比例し、その伝搬損失（
ＴＬ）は一般に次式で表される。

Ｔ　Ｌ　＝　２０１０ｇ＋ｏＲ＋αＲ・・（１）ここで
Ｒ：伝搬距離、α：吸収係数である。

（１）式は、片道における伝搬損失であり、目標物で反
射した往復の経路での伝搬損失は、目標物によって異な
り、目標物が海底の場合は、（１）式１式％ が伝搬損失となり、目標物が単体魚の場合は（１）にお
けるＴＬを２ＴＬとした、 ＴＬ”−４０ｌｏｇ＋。Ｒ＋２αＲ・・・（３）が伝搬
損失となる。

この伝搬損失のために、同じ目標物からの反射エコーで
あっても、深度が異なれば、受信エコーレベルに差を生
じ、魚群密度や大きさの比較あるいは底質の比較が困難
となる。

そこでこのような伝搬損失の影響を見掛は上なくすには
、受信時の利得を高くして伝搬損失分を補償すればよい
。音波は水中をほぼ一定速度（１５００ｍ／秒）で伝搬
し、目標物の深度と、該目標物からの反射エコーを受信
する時間とは比例するため、受信利得を時間の経過に伴
い高くすればよく、この制御がＴＶＧ（タイムバリアプ
ルゲイン）である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のＴＶＧは、ＣＲの充放電曲線を近似し
たものであり、（１）〜（３）式で示した理論曲線とは
合致せず、根拠のないＴＶＧであった。

仮に、ＴＶＧを理論曲線に正確に一致させても、様々の
魚種、漁法に対応させるにはＴＶＧレベルを調整できる
ことが不可欠であり、ＴＶＧレベルを変化させると理論
曲線から外れてしまう。

ここでＴＶＧが理論曲線から外れたときの受信エコーに
ついて述べる。

第６図は、距離（深度）対の利得特性を示すＴＶＧ曲線
であり、Ａが理論曲線に合致したＴ　Ｖ　Ｇ　ｆｉｌｌ
線であり、Ｂ及びＣが理論曲線より外れたＴＶＧ曲線を
示している。これらの曲線Ａ、Ｂ、Ｃに沿って受信利得
を制御したときの受信エコー像をそれぞれ第７図〜第９
図に示している。第７図において、５１は海底像、５２
．５３は魚群の像、５４５５は単体魚の像を示していて
、魚群及び単体魚がすべて同じ大きさのとき、図示した
ように深度に関係なく、同じ大きさの像として得られる
。しかるに、第８図では深海の目標物程大きい像５３゜
５５゛として得られ、又、第９図では深海の目標物程小
さい像５３”、５５”として得られる。又、海底も異な
った像５１’、５ビとなる。このようにＴＶＧ曲線が理
論曲線から外れると、深度の異なる目標物からのエコー
レベルの大小関係が無意味となってしまい、利用者に混
乱を与えた。

この発明は、上述した問題点をなくすためになされたも
のであり、音波の伝搬損失を補償して同じ大きさの目標
物であれば深度に関係なくほぼ同一の反射エコーが得ら
れる水中探知装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の水中探知装置は、超音波振動子により水中に
放射した音波の反射エコーを受信する増幅器に音波の伝
搬損失を補償できるようにＴＶＧ利得特性を持たせた水
中探知装置において、受信エコーのレベル強度に応じて
ＴＶＧのレベルを設定するためのＴＶＧレベル入力回路
と、目標物に対する伝搬損失に合致するＴＶＧ曲線を決
定するためのＴＶＧ曲線入力回路と、ＴＶＧを作用させ
る開始距離を入力するためのＴＶＧ開始距離入力回路と
、ＴＶＧ曲線入力回路より入力された設定値及びＴＶＧ
開始距離入力回路より入力されたＴＶＧ開始距離から、
音波の伝搬損失を表す理論曲線に合致する、ＴＶＧ曲線
を作成するＣＰＵと、前記ＴＶＧレベル入力回路より入
力されたＴＶＧレベルと、ＣＰＵで作成されたＴＶＧ曲
線どを加算１．て上記増幅器に対する’Ｉ”　Ｖ　Ｃ利
得信号とし、て出力する加算器き、を備えたことを特徴
とする。

［作用］ −１−記構成によれば、Ｔ　Ｖ　Ｇ曲線入力回路より入
力された設定値及び’Ｉ”　Ｖ　Ｃ開始距離入力回路よ
り入力されたＴＶＧ開始距離からＣＰＵに、ｌ−って作
成されたＴＶＧ曲線は、当該目標物に対する音波の伝搬
損失を表している。このＴＶＧ曲１ｉ、、、ＴＶＧレベ
ル入力回路より入力されたＴＶＧレベルが加算器によっ
て加算される。この加算された信号が増幅器にお（Ｊる
ＴＶＧ利得信号ど（、で用いられるので、同じ目標物で
あれば、深度が異なっても音波の伝搬損失が補償される
ため、はぼ同一・の反射エコ・−が得られる。又、加算
器にて単純加算が行なわれるので、’Ｉ’　Ｖ　０曲線
の傾恣は変化ぜｆｌそのため任意の’Ｉ’　Ｖ　Ｇレベ
ルを設定しても、異な−〕た深度からのエコーレベルの
相対関係が保たれるので１ノベル強度から魚群の大小等
の比較が行える。

［実施例］ 第１図は、この発明の水中探知装置の１実施例を示す概
略ブロック図である。尚、送振ブロックは従来のものと
同じなので受信ブロックのみ示１゜ている。

■は、超音波振動子にてなる送受波器であり、超音波を
放０＝１するとともに、その超音波の反射エコーを受波
Ｊる。２は、送受波器１で受波された反射エコ・−の信
号を’ｒ　ｖ　ｃの利得特性でちって増幅する受信増幅
器である。３は、受信増幅器２（５−お（」ろ’ｒ　Ｖ
　Ｇ利得特性を、伝搬損失を表す理論曲線に合致すべく
、ＴＶＧ信号を出力する’Ｉ’　Ｖ　Ｇ出力発生回路で
あり、４は、’Ｉ”　Ｖ　Ｇ出力発生回路３に各種設定
信号を与える操作部である。この３及び４の回路につい
ては後で詳しく述へる。

５は、表示回路であり、受信増幅器２よりの出力信号を
デジタル信号に変換するＡ　／　Ｉ）変換器５ａと、Ａ
／ｌ）変換器５ａよりの信号を記憶する画像メモリ５１
＋と、画像メモリ５ｂに記憶された画像デ・−夕を表示
する表示器５ｃとからなる。６は、記録式水中探知装置
の場合に設（」られろ記録回路であり、ペンレコーダ６
ａと、受信増幅器２よりの信号を増幅するペンレコーダ
６ａ用の記録増幅器６１１と、Ｊ、りなる。

第２図に、上記ＴＶＧ出力発生回路３及び操作部４の詳
細ブロック図を示している。

操作部４において、４ａは、受信エコーのレベルの強度
（６〕、応じてＴｖＧのレベルを設定するためのＴ　Ｖ
　Ｇ　１ノベル入力回路であり、４ｂは、目標物に対す
る伝搬損失に合致するＴＶＧ曲線を決定するための定数
値を入力するＴＶＧ曲線入力回路であり、４ｃは、ＴＶ
Ｇを作用さぜる開始距離を入力するためのＴ　Ｖ　Ｃ開
始距離入力回路である。

次に′ＰＶＧ出力発生回路３について述べる。ＣＰ　Ｕ
　３　ａは、Ｔ　Ｖ　ＣＩ／ベベル力回路４ａよりの′
Ｉ’　ＶＧレベルをラッチ回路３ｂにラッチさぜるとと
もに、ＴＶＧ曲線入力回路４ｂよりの設定値及び１゛Ｖ
Ｇ開始距離入力回路４ｃよりの゛ｒｖＧ開始距離から、
理論曲線に合致するＴＶＧ曲線を作成してＴＶＧテーブ
ルメモリ３ｃに記憶させる。

ここでＴ　Ｖ　０曲線の作成について説明する。

上記の（１）ヘー（３）式より、次式のＴＶＧ曲線ＣＴ
ＶＧが得られる。

２　ｏ：　（Ｒ−Ｒｓｔａｒｔ）　　　　　　　　・（
４）ここでＲ及びαは、伝搬距離及び吸収係数であり、
Ａは、重連した’ｒｖｃ曲線入力回路４　ｂにより入力
される数値であり、［」標物が海底の場合に２が入力さ
れ、単体魚の場合にはｌの数値が入力さイする。Ｒ５ｔ
ａｒｔは、ＴＶＧ開始距離入力回路４Ｃ１Ｌり入力され
るＴＶＧ開姶開離距離る。

（４）式を変形すると、 ＣＴＶＧ＝　４０／Δ×（ｌｏｇ＋ｏＡ　＋　１０ｇ＋
ｏＲ１ｏｇ＋ｏＲｓｔａｒｔ）＋　２　ａ　（Ｒ−Ｒｓ
ｔａｒｔ）　　−（５）となり、１０ｇ＋ｏＡ　、　ｌ
ｏｇ＋ｏＲ、ｌｏｇ＋ｏＲ８ｔａｒｔの各値をＬ　ＯＧ
テーブルとして持っておけばＣＰ　ＬＪ　３　ａは複雑
な計算を（、なくても済み、処理速度が」−がる。ＬＯ
Ｇテーブル３ｄはそのために設けられたものである。

次に’］”　Ｖ　Ｇ開始圧ＭＲの入力によるＴＶＧの存
効深度について述へる。

（４）式においてＲ５ｔａｒｔを１ｍ及び２ｍとしたと
きについて考える。ＴＶＧ利得可変幅は、受信装置の性
能によって決まるが、−射的な数値としてここでは５０
ｄＢとし、目標物を海底（Ａ＝２）とする。又、α（１
なので第２項は無視する。

Ｒｓｔａｒｔ＝　１のとき、 ５０　＝　２０　ｌｏｇ＋ｏ（２Ｒ）より、Ｒ＝１／２
Ｘ１０”ハ０＃１５８ｍ Ｒｓｔａｒｔ＝　２のとき、 ５０　＝　２０１０ｇ１０（２・Ｒ／２）より、Ｒ＝　
１０”１２０”；３１６ｍ となり、ＴＶＧ開始距離Ｒ５ｔａｒｔを変えることによ
り、ＴＶＧが作用する有効深度を可変することができる
。

第３図には、ＴＶＧレベル及びＴＶＧ開始距離Ｒ５ｔａ
ｒｔの変化に伴うＴＶＧの有効深度を示しており、Ｑｘ
、Ｑｙ、Ｑｚは、ＴＶＧレベルをｘ、ｙまたはＴＶＧ開
始距離をｘ、ｚとしたときにＴＶＧが有効に作用する深
度範囲である。

第２図に戻り、ＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）コ
ントローラ３ｅは、ＴｖＧメモリ３ｃに記憶されたＴＶ
Ｇ曲線を読み出してラッチ回路３ｆに記憶させるための
ものである。ＴＶＧテーブルメモリ３ｃ内においては、
第４図に示すように、アドレスが深度に相当し、そのア
ドレスにはデータとしてＴＶＧ値が格納されている。従
ってＤＭＡコントローラ３ｅは、ＣＰＵ３ａからの距離
クロックをカウントしてＴＶＧテーブルメモリ３ｃに所
定のアドレスを送出することにより、この’Ｉ”ＶＧ子
テーブルモリ３ＣよりＴＶＧ値が読み出される。

このようなりＭＡコントローラ３ｅを用いることにより
、ＣＰＵ３ａの負担が軽減される。

加算器３ｇは、ラッチ回路３ｂよりのＴＶＧレベルと、
ラッチ回路３ｆよりのＴＶＧ曲線とを加算して所望のＴ
ＶＧ信号を出力する。この加算器３ｇでは、両データの
単純加算が行なわれるため、ＴＶＧ曲線の傾きは変化せ
ず、よって異なった深度からのエコーレベルの相対関係
は保たれる。ＴＶＧ出力は、デジタル量のままでも、あ
るいはＤ／Ａ変換してアナログ量としてでも出力できる
。

次に上記装置を用い、目標物として深度１５０ｍ前後の
海底を探索する場合の操作を説明する。ＴＶＧレベル入
力回路４ａにて、深度１５０ｍの海底からの受信エコー
のレベル強度に適したＴＶＧレベルを入力し、ＴＶＧ曲
線入力回路４ｂにより、目標物を海底としたのでＡ＝２
を入力し、そして、１５０ｍの深度に対しＴＶＧが有効
に作用するよう、ＴＶＧ開始距離入力回路４ｃにより、
ＴＶＧ開始距離Ｒｓｔａｒｔとして１ｍを入力する。こ
れにより、ＴＶＧ出力発生回路３より、伝搬損失を表ず
理論曲線に合致するＴＶＧ曲線の信号が受信増幅器２に
入力される。この状態にて、送受波器ｌより音波を放射
すると、その音波の反射エコーが送受波器１で受波され
、そして受信増幅器２にて増幅される。その際、前記Ｔ
ＶＧ曲線の利得でもって増幅され、音波の伝搬損失が補
償されるので、他の深度にある魚群からの反射エコーと
比較することにより、魚群密度や海底の底質を容易に知
ることができる。

第５図は、この発明の水中探知装置の別の実施例を示し
ており、第１図と同じ部分については同一の符号を付し
ている。

送受波器１′は、ここでは多チャンネルの振動子アレイ
からなるものであり、各チャンネル毎の受信信号は、ブ
ロック毎に前置増幅器２Ａで増幅された後、位相制御に
より、垂直方向のビームを形成する垂直方向ビームフォ
ーミング回路１１に入力される。各垂直方向ビームフォ
ーミング回路１１よりの出力信号は、水平方向のビーム
を形成する水平方向ビームフォーミング回路１２に入力
され、この水平方向ビームフォーミング回路１２よりの
出力信号は、主増幅器２Ｂにて増幅された後、表示回路
５のＡ／Ｄ変換器５ａに入力される。

ＴＶＧ出力発生回路３よりのＴＶＧ出力は、各前置増幅
器２Ａあるいは主増幅器２Ｂに送出される。

上記の構成のごとく、送受波器ｌ°より得られる受信エ
コーに対して垂直方向と水平方向とのビーム形成が行な
われることにより、特定方向からの受信エコーの識別が
可能となり、よって、不要なエコーを除去して所望のエ
コーのみを選択的に検出できる。

［発明の効果］ この発明によれば、ＴＶＧ曲線入力回路より入力した設
定値及びＴＶＧ開始距離入力回路より入力したＴＶＧ開
姶開離距離作成した’Ｉ”　Ｖ　Ｇ曲線に、Ｔ　Ｖ　Ｇ
　ｌノベル入力回路より入力したＴＶＧレベルを加算１
〜たものを受信増幅器におけるＴＶＧ利得信号として用
いたので、同じ目標物であれば、深度または距離が異な
っても音波の伝搬損失が補償され、はぼ同一の反射エコ
ーが得られる。又、ＴＶＧレベルは加算器にて単純加算
が行なイつれるので、ＴＶＧ曲線の傾きは変化せ′４ゞ
、そのため任意のＴＶＧレベルを設定１．でも、異なっ
た深度からのエコーレベルの相対関係が保たれるのでレ
ベル強度から魚群の大小等の比較が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の水中探知装置の１実施例を示す概略
ブロック図、第２図は、第１図におｉＪるＴＶＧ発生回
路及び操作部の詳細を示すブロック図、第３図は、ＴＶ
Ｇレベル及びＴｖＧ開姶開離距離化に伴うＴＶＧの作用
する有効深度を示す図、第４図は、第２図にお（′、ｌ
るＴＶＧテーブルメモリにおける読み出しを説明するた
めの図、第５図は、種々の７１”　ＸＩ　Ｇ曲線を示ケ
図、第６図は、この発明の水中探知装置の別の実施例を
示す概略ブロック図、第７図ない１．第９図は、第５図
におけるＴＶＧ曲線でもって受信利得を制御１．たとき
の受信ｊ−コーの像を示す図である。 １、■°・・送受波器、２・・受信増幅器、３＝−ＴＶ
Ｇ出力発生回路、３　ａ＝−ＣＰ　Ｕ。 ３ｂ、３丁・ラッチ回路、 ３ｃ・・Ｔ　Ｖ　Ｇテーブルメモリ、 ３ｄ・ＬＯＧデープル、 ３ｏ・・・Ｉ）ＭＡコントローラ、３ｇ・・加算器、４
　操作部、４ａ・・’Ｉ”　Ｖ　Ｇｌノベル入力回路、
４ｂ・・・Ｔ　Ｖ　Ｇ曲線入力回路、 ４　ｃ−４Ｖ　Ｇ開始距離入力回路、 ５・表示回路、６・記録回路、 ２Ｂ　・前置増幅器、２Ｂ・主増幅器、１１・・・垂直
方向ビームフォーミング回路、１２・・・水平方向ビー
ムフォーミング回路。 邦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子より水中に放射した音波の反射エコ
   ーを受信する増幅器に音波の伝搬損失を補償できるよう
   にＴＶＧ利得特性を持たせた水中探知装置において、 受信エコーのレベル強度に応じてＴＶＧのレベルを設定
   するためのＴＶＧレベル入力回路と、目標物に対する伝
   搬損失に合致するＴＶＧ曲線を決定するためのＴＶＧ曲
   線入力回路と、ＴＶＧを作用させる開始距離を入力する
   ためのＴＶＧ開始距離入力回路と、ＴＶＧ曲線入力回路
   より入力された設定値及びＴＶＧ開始距離入力回路より
   入力されたＴＶＧ開始距離から、音波の伝搬損失を表す
   理論曲線に合致する、ＴＶＧ曲線を作成するＣＰＵと、
   前記ＴＶＧレベル入力回路より入力されたＴＶＧレベル
   と、ＣＰＵで作成されたＴＶＧ曲線とを加算して上記増
   幅器に対するＴＶＧ利得信号として出力する加算器と、
   を備えたことを特徴とする水中探知装置。
2. （２）超音波振動子として多チャンネルの振動子アレイ
   を用い、かつ、増幅器を前置増幅器と主増幅器とに分割
   し、前置増幅器と主増幅器との間に、垂直方向のビーム
   を形成する複数個の垂直方向ビームフォーミング回路と
   、垂直方向ビームフォーミング回路で得られた複数の垂
   直方向のビームから水平方向のビームを形成する水平方
   向ビームフォーミング回路とを設けた請求項１記載の水
   中探知装置。