JPH04104079A - ソナー立体表示装置 - 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、送受波する超音波ビームをスキャンさせるこ
とにより広範囲に水中探査を行うスキャニングソナーに
おいて被探査物体を立体的に表示できる装置に関する。

【従来の技術】

この種の装置で魚群を立体的に捕える、即ち深度分布を
知るための機能として自動チィルトというモードがある
。このモードは、第８図に示すように、−回の送信での
チィルト角は固定であるか、各送信毎にそのチィルト角
をθ１、θ１、θ３のごとく変化させ、それぞれのチィ
ルト角で円錐状に探査し、その探査結果を順次表示させ
たり、あるいは表示器の表示領域を複数に分割して複数
の探査結果を同時に表示することにより、魚群の深度分
布を探査するものである。しかしながら、この表示方法
では、 ■１送信毎に全映像が変わり、各映像間のつながりがわ
からないので魚群の深度分布の把握が困難、 ■受信ビームを一様に取り込むので不要な海底まで表示
され魚群の謀別か困難、 ■送信回数（チィルト角度の設定数）は多くても４回程
度で（これよりも多くすると、画面を分割して各映像を
同時に表示しようとすれば一つの映像が小さすぎ、又、
各映像を順次表示しようとすれば表示に時間がかかり全
体像を把握できなくなる）、チィルト角を段階的に変化
させるために探査もれか生じる、 といった欠点かあった。 これに関連する技術として、例えば特公平１−６０７９
３の公報では、第９図に示すように送受波器により、チ
ィルト角の異なる受波ビームＺ１、Ｚ７、Ｚ、を個別に
検出し、それぞれのビームで検出した魚群Ｑ１の像を別
色にして第１○図に示すように一つの表示画面に重ね合
わせて表示している。

【発明が解決しようとする課題】

この第１０図を見れば、魚群Ｑ１は深度方向に分布して
いることは分かるものの、色別０３つの像がどの深度に
あるかは、それぞれのチィルト角と、自船（−記号で示
される）から魚群像までの距離とから計算しなくてはな
らず、魚群の深度分布を簡単に知ることはできない。又
、第１１図に示すように魚群Ｑ、、Ｑ３が存在したとき
、このとき例えば受波ビームＺ１て検出した像のみを第
１２図に示したが、この図では二つの魚群像が同一の色
で表示されるため両前群は同一の深度にあるかのように
見えるが、この場合も、それぞれの深度はチィルト角と
自船までの距離とから計算する必要かある。従って、こ
の表示方式では深度分布の把握か困難なため■の課題を
解決できず、当然、■および■の課題も解決できなかっ
た。 従って本発明の目的は、■ないし■の上記課題を解決で
きるソナー立体表示装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために本発明は、水中の被探査物体
を深度方向に表示できるソナー立体表示装置であって、 全方位方向に超音波ビームを送波する送波手段と、 前記送波手段により送波した超音波ビームのエコーを検
出する受波手段と、 全方位のエコーを検出すべく、前記受波手段て受波した
信号に基づき、チィルト角が変化しながら旋回する受波
ビームを形成する受波ビーム形成手段と、 前記受波ビームのチィルト角および該受波ビームの形成
タイミングから、該受波ビームで得られる信号の深度を
演算する深度演算手段と、前記深度演算手段で演算され
た深度に基づき、受波ビームより得られる各信号を複数
の深度範囲別に記憶する記憶手段と、 記憶手段に深度範囲別に記憶された信号を読み出して表
示器に深度範囲別に個別に表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする。

【作用】

上記構成によれば、送波手段で全方位に向けて送波され
た超音波ビームのエコーは、受波手段によって受波され
る。その受波信号から各方位および深度別の信号を得る
ために、受波ビーム形成手段により、チィルト角か変化
しながら旋回する受波ビームが形成される。一方、順次
形成される受波ビームから得られる信号かいずれの深度
の被探査物体よりのエコーであるかが深度演算手段によ
り演算されており、この深度演算手段で演算された深度
に基づき、受波ビームより得られる各信号を、複数の深
度範囲別に記憶する記憶手段に記憶される。このように
記憶手段に深度範囲別に記憶された信号は、表示手段に
より、読み出されて、一つの表示器の画面を複数に分割
して、それぞれの表示領域に深度範囲別の探査結果が表
示されたり、あるいは、深度に対応して上下に積み重ね
て表示される。 受波ビーム形成手段は、チィルト角を連続的に変化させ
つつ受波ビームを旋回させてもよく、あるいは、受波ビ
ームを１旋回させる毎にチィルト角を段階的に変化させ
てもよい。 このような受波ビーム形成手段により、探査領域として
予め設定したチィルト角をθ１からθｎ（〈θ１）に次
第に増大させていく過程で、受波ビームより得た信号の
深度か予め設定した探査領域の深度範囲より深くなり、
海底よりのエコーを検出するようになったとき、チィル
ト角をθ、に戻すようにすれば、海底よりのエコーを検
出しなくても済む。

【実施例】

第１図は、本発明の装置の一実施例を示す制御ブロック
図である。 まず、ここで用いる送受波器の構成を第２図により説明
する。縦方向に４個の超音波振動子か並ぶ振動子アレー
か円筒状に１７列配列されたものであり（実際にはより
多くの超音波振動子で構成される）、各振動子アレーを
順次選択（走査）することにより、矢印で示したような
水平方向の受波ヒゝ−ムが順次形成されるので全周方向
よりのエコーの検出が行える。 第１図に戻り、ＩＸは、前記送受波器１の内の一つの振
動子アレーを示す。２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ遅延回
路であり、前記振動子アレーＩＸの内、下３個の超音波
振動子より出力ラインに挿入される。３は、垂直膜加算
器であり、各遅延回路２および最上段の超音波振動子よ
りの出力を加算する。このように接続構成された遅延回
路２および垂直膜加算器３が他の１６個の振動子アレー
に対しても同様に設けられる。４は、自船からの探査距
離を示す距離信号ｒを出力する距離信号発生器である。 ５は、後で詳しく述へるように距離信号発生器４よりの
信号に基つき振幅値を異ならせたのこぎり波を発生する
のこぎり波発生器である。 ６および７は、のこぎり波発生器５より出力される電圧
Ｖをそれぞれ２倍、３倍に増幅する増幅器であり、これ
らの各増幅器６，７の出力電圧は前記遅延回路２ｂおよ
び２ｃに対して供給され、残りの遅延回路２ａに対して
はのこきり波発生器５の出力電圧Ｖかそのまま供給され
る。８は、受波ビームを３６０°旋回させるための信号
、つまり、送受波器１に対して一周するようノこして振
動子アレーを次々に選択するための信号を出力する一周
信号発生器である。９は、水平ビーム合成回路であり、
−局信号発生器８よりの信号に基づき、前記垂直膜加算
器３および他の１６個の垂直膜加算器より出力された信
号に対して、例えば隣接する３列の振動子アレーよりの
信号を位相合成することにより、左右方向の広かりを狭
くシて指向角の鋭い受波ビームを得る。 １０および１１は、距離信号発生器４よりの距離信号ｒ
と、のこきり波発生器５より出力される電圧Ｖに対応す
るチィルト角θとからｒ−ｓｉｎθ（深度）、ｒ’ｃｏ
ｓθ（水平距離）を演算する演算器である。Ｄ、ないし
り、は被探査物体よりの検出信号を、第４図に示すよう
に、ｄｌないしｄ４の深度範囲別に記憶する画面メモリ
であり、前記水平ビーム合成器９より出力される信号は
、演算器１０より出力される深度信号に従って切り替わ
るスイッチＳＷを介して対応する深度の画面メモリＤ１
ないしＤ４に記憶される。１２は、極座標系からＸＹ座
標に変換する座標変換回路であり、−開信号発生器８よ
り出力される旋回角θｈと演算器１１より出力される水
平距離ｒ′とからＸＹ倍信号作成して画面メモリＤ、な
いしＤ４に供給されることにより、これらの画面メモリ
Ｄ１ないしＤ４にはＸＹ座標系にして前記検出信号か記
憶される。１３は、画面合成回路であり、画面メモｌ）
Ｄ、ないしＤ４から読み出される深度側の４つ画像を合
成することにより、表示器１４に、第６図のごとく、４
等分した画面に同時に表示したり、第７図のごとく、立
体的に表示できるように積み重ねて表示したりする。 次に上記構成になる装置の動作を以下に説明する。 まず、最初に受波ビームの走査方法について述へる。 送受波器１により、全方位方向に超音波を送波し、その
エコーを受波するとき、第８図に示したように受波ビー
ムを１回（３６００）旋回する毎にチィルト角を０１、
θ１、θ３と段階的に変化させ、その後は又、チィルト
角を順にθ、から変化させることにより、自船から次第
に遠方の被探査物体よりのエコーを検出する方法もある
か、本発明では、チィルト角を連続的に変化させつつ受
波ビームを旋回させる方法を採用しており、第３図に示
すように、航行方向に向かうチィルト角θ１の受波ビー
ムＭを３６０°旋回させたときの、再び航行方向に向か
う受波ビームＮのチィルト角がθ。 （〉ｅｌ）となるようにその間にチィルト角を連続的に
変化させるというものであり、−回の旋回で変化するチ
ィルト角（ここではθ、−θ、）は、探査もれか生じな
いように実際には数置の小さい値か選ばれる力ぐ、本実
施例では説明を簡単にするために１５°としており、゛
第４図の航行方向における水中探査領域に示したように
探査範囲をチィルト角で００′ないし４５°とすれば、
３回旋回してチィルト角か４５°になれば、チィルト角
をＯｏに戻して再び走査を繰り返す方法を採用する。 従って、最初送受波器１より全方位に向けて超音波か出
力された後、のこぎり波発生器５より第５図に示すよう
なのこきり波か出力される。時点１、では圧力電圧Ｖ（
遅延信号τとなる）はＱてあり、このとき、各遅延回路
２に対する遅延信号τ、２τおよび３τは共にＯなので
、各遅延回路２（＝おける遅延量は０てあり、従って垂
直膜加算器３よりの加算出力は、振動子アレーｌｘＯ谷
超音波振動子で検出した共に位相差のないエコー、っま
＋、＝、ｒ　＋　イルト角０°の水平方向よりのエコー
（第２図に示した受波ビームＲ）となる。他の振動子ア
レーにおいても、それぞれ各振動子アレーの法線方向よ
りの水平のビームが検出される。 このように全方位から得られるビームに基づき、時点、
１．において例えば、航行方向よりのエコーを検出する
ために航行方向の受波ビームを形成する場合を考える。 前記の振動子アレー１ｘの受波面か航行方向に向いてい
たとすると、水平ビーム＝ｍ器９においては、この振動
子アレーＩ×および隣接する両側の振動子アレーに対す
る３つの垂直膜加算器３よりの出力を選択し、これらの
３つの出力信号を位相合成することにより、航行方向に
向かう指向角の鋭い受波ビームか形成される。 次のタイミングでは、水平ビーム合成器９においては、
選択する３列の振動子アレーを、１列つつ／フトさせる
ことｊこより、順次、受波ビームを旋回させる。およそ
１”ｍＳ後の時点ｔ、て受波ビームか１旋回して受波゛
ビームが再び航行方向に向かうか、この１旋回の間に、
第５図に示したよう、のこきり波発生器５より出力され
る電圧Ｖが０がらτ１に直線的に増大している２時点ｔ
、では、各遅延回路２ａ、２ｂ、２ｃにτ１．２τ１．
３τ′１の遅延信号か供給されるので、振動子アレーＩ
Ｘ（他の振動子アレーも同じ）の隣合う超音波振動子の
検出信号間でそれぞれ位相差で１を持つようになり、第
２図に示したように、あるチィルト角θの受波ビームか
垂直段カロ算器３で同相となり、従って振動子アレーＩ
Ｘはごの受波ビームＳを検出する。このチィルト角θが
１５°となるように、のこぎり波発生器５は、出力電圧
Ｖとして遅延信号τ１を出力するようになっており、時
点ｔ１ないしｔ、の１旋回の間に受波ビームのチィルト
角θは０°から１５°に連続的に変化する。 次に受波ビームが更にｌ旋回した時点ｔ３では、遅延信
号τ、によりチィルト角θが１５°増大して３０’とな
り、更に１旋回後時点ｔ４て遅延信号τ３によりチィル
ト角θが４５°となる。このようにして受波ビームが３
回旋回する間にチィルト角θが００から４５°に次第に
大きくなる。このとき、第４図に示したように、チィル
ト角θが０８．１５°、３０°４５°のとき（このとき
は受波ビームは航行方向）、１００ないし１０３のポイ
ントよりのエコーか検出されるので、以下これらのポイ
ントを探査箇所と呼ぶ。これらの探査箇所ｌ○０ないし
１０３を第５図にも対応させて記入した。 一方、演算器１０において、ｒ−ｓｉｎθの演算により
各探査箇所に対する深度ｄが求められ、この深度ｄが制
御信号として切り替えスイッチＳＷを送出されることに
より、水平ビーム合成器９より出力される探査箇所より
の信号が、この探査箇所の深度範囲ｄ１ないしｄ４を記
憶する画面メモリＤ、ないしＤ４の対応するメモリに供
給され、その際、座標変換回路１２より出力されるＸＹ
座標値に従ってメモリの所定のアドレスに書き込まれる
。 第４図の探査箇所１００および１０１の深度は深度範囲
ｄ１内にあるので画面メモリＤ、に書き込まれ、探査箇
所＋０３の深度は深度範囲ｄ、内にあるので画面記憶メ
モリＤ、に記憶される。深度範囲ｄ、ないしｄ４は、海
底を検圧しないように設定した探査深度を４等分したも
のであるか、魚群の集中しやすい深度を詳しく探査する
ために探査深度を非等分してもよい。 チィルト角θか４５°になり（即ち旋回方向か航行方向
に一致）、探査箇所１０３よりのエコーを検出したとき
、のこきり波発生器５の出力電圧ＶかＯとなることによ
り、チィルト角θか０６となり、探査箇所１０４よりの
エコーが検出され、以下同様に１０６．１０７、　の探
査箇所からのエコーか検出され、それぞれの対応する記
憶メモリに記憶される。 このようにして次第に遠くなる探査箇所よりのエコーを
検出してゆき、探査箇所１５０．１５１．１５２の次は
、１５３であるが、第４図でわかるように、この箇所よ
りのエコーは海底面よりのエコーであり、そのことは、
予め演算器１０による深度の演算で分かるので、探査箇
所１５２よりのエコーを検出した後は直ちにチィルト角
θをＯにして探査個所１５４よりのエコーを検出し、以
下、同様に探査個所１５５．１５６．１５７．１５８．
１６０．１６１．１６２のように探査深度内で水中より
のエコーを検出する。そのために、のこぎり波発生器５
は、海底までの深度およびチィルト角に応じて、振幅値
が次第に低下するのこぎり波を出力する。このように不
要なエコーを検出せずに受波ビームを直ちにスキャン（
チィルト角を００に戻す）させることにより、探査漏れ
のない測定が行える。 探査が終了すれば、画面メモリＤ１ないしＤ４から深度
側に探査データか読み出され、画面合成回路１３にて４
組の探査データか合成されることにより、表示器１４に
、第６図に示したように表示画面を４等分して各々の表
示領域に深度側の探査データを表示したり、あるいは第
７図に示すように、深度に対応して上下に重ねて表示さ
れる。 尚、本発明では検出したデータを深度側に画面メモリに
記憶させるので、海底のデータが必要であれば第５の画
面メモリＤうに記憶し、海底のデータか不要ならば、そ
のデータをいずれの画面データＤ１ないしり、にも取り
込まないようにすることもでき、その場合は、本実施例
のように探査する深度の範囲を設定しなくてもよく、の
こぎり波発生器５は一定の振幅値ののこぎり彼を出力す
ればよい。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明は、送波手段より送波した
超音波ビームのエコーを検出すべく、受波ビーム形成手
段により、チィルトさせながら受波ビームを旋回させ、
このようにした形成した受波ビームで得られる信号を深
度側に記憶手段に記憶させるようにしたので、前記エコ
ーを検出漏れなく、記憶手段に記憶させることができる
。そして、記憶手段より深度側に検出信号を読み出して
深度側に表示するので、魚群の深度方向の分布の識別か
容易となり、又、深度側にエコーを検出するので不要な
海底よりのエコーを検出しないように、あるいは検出し
ても表示しないようにすることかできる。尚、既存のス
キャニングソナーに受波ビーム形成手段等を組み込むこ
とにより、本発明のツナ」立体表示装置の機能を付加さ
せることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のソナー立体表示装置の一実施例を示
すブロック図、 第２図は、第１図の装置に用いられる送受波器の゛構成
を示す図、 第３図は、第１図の装置に適用された受波ビームの走査
を示す図、 第４図は、側方から見た本発明の装置による水中探査領
域を示す図、 第５図は、第１図ののこぎり波発生器の出力電圧を示す
タイムチャート、 第６図および第７図は、本発明の装置の表示例を示す図
、 第８図は、従来装置における送受波ビームの走査を示し
た図、 第９図は、従来装置における受波ビームを示した図、 第１０図は、第９図の受波ビームで検出した像を示す図
、 第１１図は、従来装置における送受波ビームの走査を示
した図、 第１２図は、従来装置における受波ビームを示した図で
ある。 〕　・送受波器、　　　　　１ｘ・・・振動子アレー、
２　遅延回路、　　　　３　垂直段ん算器、４・距離信
号発生器、　５・のこぎり波発生器、６．７　　増幅器
、　　　　８１周部号発生器、９　水平ビーム合成器、
＋ｏ、ｉ’＋　　演算器、１２　座（〒変換回路、　　
１３　画面合成回路、１４　表示器、　　　　　ｓｗ　
　スイッチ、Ｄ　画面メモ１へ 特許出願人　　古野電気株式会ｉ 代理人　弁理士　　青白　葆　外１名 、′ 第２図　　　　　　　　　　第３図 第４図 、ｐ 第５図 第６図 ＋４ 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）水中の被探査物体を深度方向に表示できるソナー
   立体表示装置であって、 全方位方向に超音波ビームを送波する送波手段と、 前記送波手段により送波した超音波ビームのエコーを検
   出する受波手段と、 全方位のエコーを検出すべく、前記受波手段で受波した
   信号に基づき、チィルト角が変化しながら旋回する受波
   ビームを形成する受波ビーム形成手段と、 前記受波ビームのチィルト角および該受波ビームの形成
   タイミングから、該受波ビームで得られる信号の深度を
   演算する深度演算手段と、 前記深度演算手段で演算された深度に基づき、受波ビー
   ムより得られる各信号を複数の深度範囲別に記憶する記
   憶手段と、 記憶手段に深度範囲別に記憶された信号を読み出して表
   示器に深度範囲別に個別に表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とするソナー立体表示装置。 （２）送波手段および受波手段を備え超音波ビームを走
   査することにより広範囲に水中探査を行うスキャニング
   ソナーにおいて、請求項（１）記載の受波ビーム形成手
   段、深度演算手段および表示手段を付加することにより
   、深度方向にも表示できるようにしたことを特徴とする
   スキャニングソナ（３）上記受波ビーム形成手段は、チ
   ィルト角を連続的に変化させつつ受波ビームを旋回させ
   る請求項１あるいは２記載のソナー立体表示装置。 （４）上記受波ビーム形成手段は、受波ビームの１旋回
   毎にチィルト角を段階的に変化させる請求項１あるいは
   ２記載のソナー立体表示装置。 （５）受波ビーム形成手段により、探査領域として予め
   設定したチィルト角をθ＿１からθ＿ｎ（＜θ＿１）に
   変化させていく過程で、受波ビームより得た信号の深度
   が探査領域の深度範囲より深くなったとき、チィルト角
   をθ＿１に戻す手段を備えた請求項（１）ないし（４）
   のいずれかに記載のソナー立体表示装置。