JPH0416788A - 超音波反射強度測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は単体魚のＴＳ　（反射強度）の測定が好適に行
われる超音波反射強度測定装置に関し、−層詳細には、
ＴＳ測定用送受波器が指向性の一部に等感度指向特性を
有するＴＳ測定用ビームパターンを有し、さらに、単体
黒検出用受波器がＴＳ測定用ビームパターンの等感度指
向特性の範囲内に指向性を有する単体点検出用ビームパ
ターンを形成し、前記単体点検出用ビームパターンで単
体魚からの反射信号が受信された時に、ＴＳ測定用送受
波器で受信される単体魚からの反射信号がＴＳ測定用ビ
ームパターンの等感度指向特性の部分で送受された超音
波信号となり、この受信信号が送受波器の指向性の補正
を施すことなく、振幅の値を測定するのみでＴＳが得ら
れることにより、高精度のＴＳ測定が可能となるととも
に、測定毎に送受信感度の再調整が不必要となり、さら
に取り扱いが容易、且つ構成が簡素化されて装置規模が
縮小されるようにした超音波反射強度測定装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、単体魚のＴＳ測定について、第６図に示すデュア
ルビーム方式が知られている。

この例では周知の広角度放射特性（広ビームパターンｂ
）を備えた送受波器２と、狭角度放射特性（狭ビームパ
ターンＣ）を備えた送受波器４とが用いられている。

この送受波器２から超音波が放射された後、単体魚ｌか
ら反射波に係る広狭両ビームの受信信号のレベル比（Ｖ
ｌ　／Ｖ２　）が送受波器２．４の法線ｄからずれた角
度θに対応していることに着目してＴＳ測定が行われる
。

すなわち、単体魚１からの反射波を受信した送受波器２
．４から夫々導出される受信信号のレベルが測定される
。そして、製造段階で測定して予め知られる広狭両ビー
ムの指向特性に相応した受信信号のレベル補正を行う。

この補正後の受信信号のレベル比（Ｖｌ　／Ｖ２　）に
より単体魚１のＴＳの測定が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の従来の技術に係るＴＳ測定におい
ては、広狭両ビームの受信信号のレベル比（Ｖｌ　／Ｖ
２　）により、角度θを検出し、その指向特性により受
信信号のレベル変動の補正を行うため、水中に存在する
雑音等の影響を受けてＴＳ測定値に誤差を生じ易い。さ
らに広ビーム用と狭ビーム用との送受信レベルを含めた
総合の送受信感度を同一にする必要性があり、この場合
、長期間にわたり装置の送受信感度を一定に保つことに
困難がある。したがって、測定毎に送受信感度の再調整
が必要となり、その取り扱いに煩瑣を伴う。さらに指向
特性による受信信号のレベル変動の補正回路は、その構
成が比較的複雑であり、その装置規模が増大し、コスト
が嵩む欠点を有している。

本発明は係る点に鑑みてなされ、高精度のＴＳ測定が可
能となるとともに、測定毎に送受信感度の再調整が不必
要であり、さらに、その取り扱いが容易、且つ構成が簡
素化されて装置規模の縮小に優れる超音波反射強度測定
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］ 前記の課題を解決するために、本発明の超音波反射強度
測定装置は、 送信パルスを生成して出力する送信機と、前記送信パル
スが供給されて、指向特性の一部に等感度指向特性を有
し超音波パルスを送受信するためのＴＳ測定用送受波器
と、 前記の等感度指向特性の角度より狭い指向特性を備え、
前記ＴＳ測定用送受波器から送信された超音波パルスが
魚体から反射してくる信号のうち、前記ＴＳ測定用送受
波器の等感度の範囲から反射してくる信号を選択的に受
信する単体黒検出用受波器と、 前託ＴＳ測定用送受波器および単体黒検出用受波器から
出力された夫々の受信信号が供給されて、伝播減衰の補
正を施した夫々のＴＶＧ増幅信号を出力する第１および
第２のＴＶＧ増幅器と、 前記夫々のＴＶＧ増幅信号が供給され包絡線検波信号を
出力する第１および第２の検波器と、前記第２の検波器
からの包絡線検波信号から単体エコー信号を検出する単
体エコー信号検出器と、 前記単体エコー信号の存在期間中に第１の検波器からの
包絡線検波信号から反射強度の値を検出するためのエコ
ー信号を選別して出力するＴＳ測定用エコー信号選別器
と、 前記エコー信号の振幅成分をデジタル値に変換したデジ
タル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、前記デジタル信号
に電気音響係数の補正を行い、単体ターゲットの反射強
度の値を算出して出力するＴＳ演算器と、 を備えることを特徴とする。

［作用コ 上記のように構成される本発明の超音波反射強度測定装
置においては、ＴＳ測定用送受波器は指向性の一部に等
感度指向特性を有するＴＳ測定用ビームパターンを備え
、さらに単体黒検出用受波器ではＴＳ測定用ビームパタ
ーンの等感度指向特性の範囲内に指向性を有する単体黒
検出用ビームパターンが形成される。そして、単体黒検
出用ビームパターンで単体点からの反射信号が受信され
た時に、ＴＳ測定用送受波器で受信される単体点からの
反射信号はＴＳ測定用ビームパターンの等感度指向特性
の部分で送受された超音波信号となり、この受信信号は
送受波器の指向性の補正を施すことなく、振幅の値を測
定するのみでＴＳが得られる。

これにより、高精度のＴＳ測定が可能となるとともに、
測定毎に送受信感度の再調整が不必要となり、さらに取
り扱いが容易、且つ構成が簡素化されて装置規模が縮小
される。

［実施例］ 次に、本発明の超音波反射強度測定装置の実施例を添付
図面を参照して詳細に説明する。

第１図は実施例に係る構成をビームパターンとともに示
すブロック図、第２図は単体エコー信号検出器の構成を
示すブロック図、第３図はＴＳ測定用エコー信号選別器
の構成を示すブロック図、第４図は単体エコー信号検出
器に係る処理波形を時間軸上に示す波形図、第５図はＴ
Ｓ測定用エコー信号選別器に係る処理波形を時間軸上で
示す波形図である。

第１図に示される例は、角度±ψの範囲内で等感度指向
特性を備えたＴＳ測定用ビームパターンｅの放射特性を
有するＴＳ測定用送受波器１０と、ＴＳ測定用ビームパ
ターンｅの範囲内に単体黒検出用ビームパターンｆを有
する単体黒検出用受波器１２と、パルス信号を出力する
送信機１４とが設けられている。さらに、第１の増幅器
１６ａと、第２の増幅器１６ｂと、包絡線検波を行う第
１の検波器１８ａと第２の検波器１８ｂとを有している
。また、単体エコー信号検出器２０と、ＴＳＳ測定用エ
コー信号側別器２２、Ａ／Ｄ変換器２４と、ＴＳ演算器
２６とが設けられている。

ここで、第２図、第３図に示されるように、単体エコー
信号検出器２０はパルス幅選択用ゲ−ト回路２０ａとレ
ベル比較用ゲート回路２０ｂとからなる。また、ＴＳＳ
測定用エコー信号側別器２２ＴＳエコー信号選別用ゲー
ト回路２２ａと乗算回路２２ｂからなる。

上記のように構成される実施例の動作を説明する。

先ず、基本原理に係る動作を説明する。

第１図に示されるように、指向性の一部に等感度指向特
性（図示されるｈ）を有する（角度±ψ）ＴＳ測定用ビ
ームパターンｅの範囲内に指向性を有する単体黒検出用
ビームｆを用いて、単体点ａの正確なＴＳを測定するも
のである。

すなわち、単体点検出用受波器１２に単体点ａからの反
射信号が受信された時に、ＴＳ測定用送受波器１０に受
信される単体点ａからの反射信号はＴＳ測定用ビームパ
ターンｅの等感度指向特性の部分で送受された超音波信
号である。

したがって、この受信信号は送受波器１０の指向性の補
正を加えることなく単に振幅の値を測定することにより
ＴＳを求めることができることになる。

次に、係る基本原理の動作を詳細に説明する。

送信機１４で発生したパルス信号がＴＳ測定用送受波器
１０に人力される。ここでＴＳ測定用送受波器１０から
水中に放射された超音波パルスは水中の単体点ａで反射
されてＴＳ測定用送受波器１０と単体点検出用受波器１
２で受信される。

この場合、前記ＴＳ測定用送受波器１０の指向性は角度
±ψの範囲内で等感度指向特性を有しており、した゛が
って等感度指向特性内に存在するターゲット（単体点ａ
）からの反射波はＴＳ測定用送受波器１０で同一レベル
で受信される。

ＴＳ測定用送受波器１０と単体点検出用受波器１２で受
信されて得られる出力信号Ｓａ、Ｓｂは夫々第１の増幅
器１６ａおよび第２の増幅器１６ｂで増幅される。第１
の増幅器１６ａおよび第２の増幅器１６ｂでは超音波が
水中を伝播する際に受ける伝播減衰を自動的に補正する
周知のＴＶＧ制御が施される。ここでは単体点を対象と
しており、ＴＶＧ制御は、例えば、下記式〔１）に示さ
れる値による利得制御を行う。

ＴＶＧ＝Ｇｏ　　＋　４０１０ｇ　　Ｒ＋２αＲ［：ｄ
Ｂ）・・・（１） Ｇｏ　：第１の増幅器１６ａおよび第２の増幅器１６ｂ
の最小利得 Ｒ：伝播距離 α　：吸収係数 このＴＶＧ制御を行うことによりＴＳ測定用送受波器１
０および単体点検出用受波器１２で受信される単体点か
らの反射信号レベルは単体点の深度に関係ないものとな
る。このため、同一のＴＳとなる単体点からの反射波が
ＴＳ測定用送受波器１０および単体点検出用受波器１２
で受信され、続いて、第１の増幅器１６ａおよび第２の
増幅器１６ｂから導出される増幅信号５５Ｓｄの振幅値
は夫々等価となる。

したがって、第１の増幅器１６ａの増幅信号Ｓｄは同一
のＴＳとなる単体点がＴＳ測定用送受波器１０の角度±
ψの範囲内の等感度指向特性内に存在する場合には、深
度と角度±θに関係なく同一レベルである。

一方、第２の増幅器１６ｂから出力される増幅信号Ｓｃ
は深度には関係なく同一レベルとなるが、角度±θ、す
なわち、単体点ａ′のいる方向が角度±ψに夫々近づく
にしたがって単体黒検出用ビームパターンｆの端に近づ
くものとなり急速にレベルが低下する。そして、単体黒
検出用ビームパターンｆの範囲を越え、単体点ａ′のよ
うになると増幅信号Ｓｃは第２の増幅器１６ｂから得ら
れなくなる。

このようにして第１の増幅器１６ａおよび第２の増幅器
１６ｂから得られる増幅信号Ｓｄ。

Ｓｃは夫々第１の検波器１８ａおよび第２の検波器１８
ｂに入力され、ここで包絡線検波が行われて、検波信号
ｓｈ、Ｓｇが出力される。

第４図（ａ）に示される検波信号Ｓｇは、図示される単
体点ａ、ａ’に係る信号ａＮ、ａ’　Ｎと魚群エコー信
号ａＥが単体エコー信号検出器２０のパルス幅選択用ゲ
ート回路２０ａに人力される。ここでは第４図ら）に示
されるパルス幅選択用ゲートで処理され、第４図（Ｃ）
に示される単体点ａ、ａ’に係る信号ａＮ、ａ’　Ｎが
抽８され、レベル比較用ゲート回路２０ｂに入力される
。ここではレベル比較用ゲート（閾値）以上のピークレ
ベルを持つ信号ａＮのみが導出される。このようにして
、不要である魚群エコーや海底エコーに係る信号を除去
し、単体エコー信号Ｓｊ（信号ａＮ）のみを検出する。

このように単体エコー信号Ｓｊ（信号ａＮ）は、第２の
検波器１８ｂから得られる検波信号Ｓｇをパルス幅が一
定値以下で、且つレベルが一定値以上で処理して検出さ
れるものである。

単体エコー信号検出器２０で検出された検波信号Ｓｇの
中の単体エコー信号Ｓｊ　　（信号ａＮ）はＴＳＳ測定
用エコー信号側別器２２ＴＳエコー信号選別用ゲート回
路２２ａに入力される。

さらに第１の検波器１８ａからの検波信号ｓｈがＴＳＳ
測定用エコー信号側別器２２乗算回路２２ｂに入力され
る。そして、ＴＳＳ測定用エコー信号側別器２２、第５
図に示されるように、夫々入力された単体エコー信号Ｓ
ｊと検波信号ｓｈの中から同時刻にあられれた波形の相
関をとり相関値が一定値以上となる第１の検波器１８ａ
からの検波信号ｓｈをＴＳ測定用エコー信号Ｓｋとして
選別して出力する。

ここで、ＴＳ測定用エコー信号Ｓｋを選別するための詳
細な動作を説明する。

ＴＳ測定用ビームパターンｅにおける角度上ψの等感度
指向特性内に存在する単体点ａの反射波に係る信号をａ
Ｗとし、また、単体点ａの単体点検ａ用ビームパターン
ｆの反射波に係る信号をａＮとする。

さらに、等感度指向特性外に存在する単体点ａ′のＴＳ
測定用ビームパターンｅの反射波に係る信号をａ’Ｗと
し、また、単体点ａ′の単体黒検出用ビームパターンｆ
の反射波に係る信号をａ′Ｎとする。

ここで、単体点ａと単体点ａ′は同一のＴＳを有した単
体点であり、深度は単体点ａより単体点ａ′のほうが深
いとする。

第５図（Ｃ）に示す第１の検波器１８ａの検波信号ｓｈ
は、伝播減衰が補正されており、単体点ａからの反射信
号ａＷの振幅ＶＷは単体点ａのＴＳに対応した振幅を有
している。一方、単体点ａ′からの反射信号ａ’Ｗの振
幅ｖ′ＷはＴＳ測定用ビームの指向特性（等感度範囲外
）により振幅ＶＷよりも小さい値となる。他方、第２の
検波器１８ｂの検波信号Ｓｇは、単体点検ａ用ビームの
指向特性により、単体点ａからの反射信号ａＮ（振幅Ｖ
Ｎ）は有るが、単体点ａ′からの反射信号ａ’　Ｎ　（
振幅Ｖ’　Ｎ）は略零か、あるいは存在してもＶ’　Ｎ
は非常に小さい値となる。単体エコー信号検出器２０は
検波信号Ｓｇの中からパルス幅が一定値以下で振幅が一
定値以上のものを単体エコー信号（Ｓｊ）とじて検出す
るので、その単体エコー信号Ｓｊは、第５図（ａ）に示
すように、検波信号Ｓｇから単体点ａ′からのエコー（
信号）と、魚群エコー（信号）とが除去され、単体点ａ
の信号ａＮのみとなる。

そして、ＴＳＳ測定用エコー信号側別器２２は、単体エ
コー信号検出器２０の単体エコー信号ＳＪと第１の検波
器１８ａの検波信号ｓｈとの相関をとり反射信号ａＮと
反射信号ａＷとの相関値が一定値以上の場合はＴＳ測定
に有効な信号として反射信号ａＷを出力する。反射信号
ａ’Ｗや魚群からのエコーは反射信号ａＮが存在する期
間中には存在しないので除去される。

したがって、ＴＳＳ測定用エコー信号側別器２２ＴＳ測
定用エコー信号Ｓｋは、第５図（６）に示されるように
、ＴＳ測定用送受波器１０で受信した反射信号ａＷのみ
が出力される。

このようにして選別されたＴＳ測定用エコー信号Ｓｋは
第１図の角度±ψの範囲内で等感度指向特性内にある単
体点ａからの反射波がＴＳ測定用送受波器１０で受信さ
れたものである。

したがって角度±ψ以外に存在する単体点ａ′ならびに
海底や魚群からの反射波（エコー）に係る信号成分はＴ
Ｓ測定用エコー信号Ｓｋから除去されている。

続いて、ＴＳ測定用エコー信号ＳｋはＡ／Ｄ変換器２４
に入力され、ここで量子化したデジタル信号に変換する
。続いて、ＴＳ演算器２６で電気音響係数の補正を行い
、単体点ａのＴＳの値〔ｄＢ〕を算出したＴＳ信号Ｓ○
を出力する。この場合のＴＳの値ＣｄＢ〕の算出は下記
の式（２）で得られる。

ＴＳ＝２０１ａｇ　ＶＷ−３Ｌ−ＥＲ−ＧＯ（ｄＢ）・
・・（２） ここで、 ＶＷ：Ａ／Ｄ変換器２４の１７であるＴＳ測用エコーの
振幅 ＳＬ：ＴＳ測定用送受波器１０の送波レベルＥＲ：ＴＳ
測定用送受波器１０の受渡感度ＧＯ：第１の増幅器１６
ａおよび第２の増幅器１６ｂの最小利得 このようにして、指向特性の補正を必要とせず、単にＴ
Ｓ測定用送受波器１０の送受する信号の中の特定の信号
の振幅を測定するだけで単体点ａＯ）ＴＳを示すＴＳ信
号Ｓｏを正確に測定することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から理解されるように、本発明の超音波反射
強度測定装置によれば、送受波器の指向特性の補正を必
要とせず、隼にＴＳ測定用送受波器の送受する信号の中
の特定の信号の振幅を測定するだけで単体点のＴＳが測
定されるため、高精度のＴＳ測定が可能となるとともに
、測定毎に送受信感度の再調整が不必要であり、さらに
、その取り扱いが容易、且つ構成が簡素化されて装置規
模が縮小される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波反射強度測定装置の実施例に係
る構成をビームパターンとともに示すブロック図、 第２図は第１図に示される実施例の単体エコー信号検出
器の構成を示すブロック図、第３図は第１図に示される
実施例のＴＳ測定用エコー信号選別器の構成を示すブロ
ック図、第４図は単体エコー信号検出器に係る処理波形
を時間軸上に示す波形図、 第５図はＴＳ測定用エコー信号選別器に係る処理波形を
時間軸上で示す波形図、 第６図は従来の技術に係る指向特性補正を施すデュアル
ビーム方式の原理図である。 １０・・・ＴＳ測定用送受波器 １２・・・単体黒検出用受波器 １４・・・送信機 １６ａ・・・第１の増幅器 １６ｂ・・・第２の増幅器 １８ａ・・・第１の検波器 １８ｂ・・・第２の検波器 ２０・・・単体エコー信号検出器 ２２・・・ＴＳＳ測定用エコー信号側別器２４・・Ａ／
Ｄ変換器 ２６・・・ＴＳ演算器 ａ、ａ’・・・単体点 ｅ・・・ＴＳ測定用ビームパターン ｆ・・・単体魚検出用ビームパターン →時間 ＦＩＧ、６ （Ｖ２．Ｖｌ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信パルスを生成して出力する送信機と、前記送
   信パルスが供給されて、指向特性の一部に等感度指向特
   性を有し超音波パルスを送受信するためのＴＳ測定用送
   受波器と、 前記の等感度指向特性の角度より狭い指向特性を備え、
   前記ＴＳ測定用送受波器から送信された超音波パルスが
   魚体から反射してくる信号のうち、前記ＴＳ測定用送受
   波器の等感度の範囲から反射してくる信号を選択的に受
   信する単体魚検出用受波器と、 前記ＴＳ測定用送受波器および単体魚検出用受波器から
   出力された夫々の受信信号が供給されて、伝播減衰の補
   正を施した夫々のＴＶＧ増幅信号を出力する第１および
   第２のＴＶＧ増幅器と、 前記夫々のＴＶＧ増幅信号が供給され包絡線検波信号を
   出力する第１および第２の検波器と、前記第２の検波器
   からの包絡線検波信号から単体エコー信号を検出する単
   体エコー信号検出器と、 前記単体エコー信号の存在期間中に第１の検波器からの
   包絡線検波信号から反射強度の値を検出するためのエコ
   ー信号を選別して出力するＴＳ測定用エコー信号選別器
   と、 前記エコー信号の振幅成分をデジタル値に変換したデジ
   タル信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、前記デジタル信号
   に電気音響係数の補正を行い、単体ターゲットの反射強
   度の値を算出して出力するＴＳ演算器と、 を備えることを特徴とする超音波反射強度測定装置。
2. （２）請求項１記載の装置において、単体エコー信号検
   出器は第２の検波器からの包絡線検波信号からパルス幅
   が一定の範囲と深度が一定の範囲の単体エコー信号を検
   出するためのパルス幅選択用ゲート回路と、レベル比較
   用ゲート回路とを備えることを特徴とする超音波反射強
   度測定装置。
3. （３）請求項１記載の装置において、ＴＳ測定用エコー
   信号選別器は、単体エコー信号検出器で検出された単体
   エコー信号の存在期間中に、第１の検波器からの包絡線
   検波信号からパルス幅が一定の範囲、振幅が一定の範囲
   、および深度が一定の範囲の単体エコー信号を検出し、
   その中からＴＳ測定用のエコー信号を選別して出力する
   ためのＴＳエコー信号選別用ゲート回路と、乗算回路と
   を備えることを特徴とする超音波反射強度測定装置。