JPH0432996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 この発明は水中に超音波パルスを送受波して得
られる水中反射波を表示する装置に関し、特に、
探知方法の異なる水中探知装置による表示映像を
共通の表示画面上に対比させて表示することによ
り、水中探知状況を詳細に観察し得る装置に関す
る。

(b) 従来の技術 水底の地形図を得る装置としていわゆるサイド
ルツキングソナーが用いられ、水中の断面図を表
示する装置としていわゆるスキヤニングソナーが
用いられている。

サイドルツキングソナーは、自船の下方の海底
から横方向に広がる扇形の指向性ビーム（第２図
B₁，B₂）を送受波して、超音波パルスの送水後
水中から帰来する反射波を時間軸上の対応位置
に、反射波のアナログレベル対応した輝度あるい
は色で表示する。

このようなサイドルツキングソナーの特徴は水
中俯瞰図が得られることである。すなわち、朝日
に照らされた山々を飛行機から眺めているように
海底の細かな起伏が陰影により表示される。その
反面、俯瞰図の場合、表示映像が水中の探知物体
であるのか海底の物体であるのか判別することが
できず、又、探知物体までの水平距離を判読する
こともできない。

他方、スキヤニングソナーは、水中の広範囲方
向に超音波パルスを送波して、各方向から帰来す
る反射波を各方向毎に別個に検出して、各方向の
対応方位位置に２次元的に表示する。従つて、ス
キヤニングソナーを用いると、水中の垂直断面図
が得られるから、水中探知物体の深度、水平距離
を容易に判読することができる。

(c) 発明が解決しようとする問題点 この発明は、サイドルツキングソナーによる表
示映像とスキヤニングソナーによる表示映像とを
共通の表示画面上に対比表示することにより、俯
瞰図で表示されるサイドルツキングソナーの表示
映像の深度、水平距離等を容易に把握し得る装置
を実現する。

(d) 問題点を解決するための手段 問題点を解決するための手段として、サイドル
ツキングソナーとスキヤニングソナーが用いら
れ、さらに、サイドルツキングソナーによる表示
映像とスキヤニングソナーによる表示映像を共通
の表示画面上に表示する表示器が用いられる。

(e) 作用 上記表示器は、表示画面を分割してサイドルツ
キングソナーによる表示映像とスキヤニングソナ
ーによる表示映像とを表示する。そして、分割表
示を行なうときに、サイドルツキングソナーの表
示映像の距離方向軸とスキヤニングソナーの表示
映像の水平方向軸とが一致するように表示を行な
う。

(f) 実施例 第１図はこの発明の実施例を示し、第４図はそ
の表示器１９による表示例を示す。

第４図の表示例において、画面の上部にサイド
ルツキングソナーによる映像が表示され、下部に
スキヤニングソナーによる映像が表示される。

スキヤニングソナー表示画面には最新の送信に
もとづく映像が表示され、又、サイドルツキング
ソナー表示画面の最下端にも最新の送信にもとづ
く映像が表示されている。従つて、スキヤニング
ソナー表示画面には最新の映像のみが表示されて
いるのに対して、サイドルツキングソナー表示画
面には過去の探知映像も表示されている。

第４図の表示例は、サイドルツキングソナー画
面の距離方向表示範囲は300ｍであり、スキヤニ
ングソナー画面の水平方向表示範囲は300ｍで深
度方向表示範囲は150ｍである。距離方向表示範
囲と水平方向表示範囲は常に等しくなるように表
示される。なお、表示画面中実線は固定マーカー
を示し、破線は可変マーカを示す。

次に第１図ブロツク図の各部動作について説明
する。

（表示器１９） 表示器１９は表示画面（第４図）の縦方向をｙ
方向、左右方向をｘ方向とする。ｙ方向の０〜
N_S間にスキヤニングソナーの映像が（N_S＋１）
〜Ｎ間にサイドルツキングソナーの映像が表示さ
れる。又、ｘ方向の０〜Ｎ−１／２間に左舷側の Ｎ＋１／２〜Ｎ間に右舷側の映像が表示される。従 つて、表示画面の画素数は（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）
個である。

（超音波送受波器） 第５図は船底に取り付けられた送受波素子の配
置図を示す。サイドルツキング用送受波器３，４
は、それぞれ個の送受波素子が船首方向に配列
され、スキヤニングソナー用送受波器１船首方向
にＪ、船首方向と直角横方向にＫの Ｊ×Ｋ＝Ｌ（個） の送受波素子が配列されている。

サイドルツキングソナー用送受波器３，４は第
２図に示すように船首方向にφ_S、横方向にθ_Sのビ
ームB₁，B₂を形成する。すなわち、ビームB₁、
B₂は自船のほぼ直下の海底から両横方向にθ_Sづつ
広がる扇形のビームを形成する。又、スキヤニン
グソナー用送受波器は第３図に示すように船首方
向にφ_S、横方向にθ_Sの扇形ビームB₃を形成する。
なおスキヤニングソナーのビームB₃は直下の海
底Ｂに対して左右対称に形成される。そして、扇
形角θ_SがＭ分割されて（φ_S×△θ_S）のＭ個の受波
ビームで形成されている。従つて、 θ_S＝Ｍ×△θ_S である。

なお、上記においてスキヤニングソナー用送受
波器とサイドルツキングソナー用送受波器は、送
受波素子を共用することも可能である。

（送受信器） 第１図において、送信アンプ２８，２９，３２
はｒカウンタ３３が出力する桁上げパルスによ
り、あらかじめ定められた出力、パルス巾、周波
数の超音波パルスを送受波器１，３，４を通して
水中に発射する。

水中の物体から反射された探知信号は送受波器
１，３，４で受信された受信アンプ群５、受信ア
ンプ３０，３１で増巾される。受信アンプ群５は
振動子と同数すなわちＬ個の受信アンプで構成さ
れる。受信アンプ３０，３１は増巾した信号を検
波し出力する。

位相合成回路６はＬ個の探知信号を位相合成
し、Ｍ個の探知ビームを作り出し、θカウンタ３
４の計数値に対応する受波ビーム信号を送出す
る。

上記における位相合成は種々の方法が公知であ
る。例えば遅延素子を用いて受波信号の位相制御
を行なう方法、あるいは出願人が特願昭57−
121439号で提供したビーム形成装置等を用いるこ
とができる。

（信号メモリ） 第１図において信号メモリ８及び４８が用いら
れ、信号メモリ８はスキヤニグソナー受波信号を
記憶し、信号メモリ４８はサイドルツキングソナ
ーの受波信号を記憶する。

信号メモリ８並びに４８の記憶容量は、Ａ−Ｄ
変換器７及び４１の出力ビツト数をｘとすると、 信号メモリ８の記憶容量は、 α×Ｍ×Ｎ＋１／２ で表わされ、信号メモリ４８の記憶容量は、 α×（Ｎ＋１）×（Ｎ−N_S） で表わされる。ここでＮは奇数、Ｍは偶数を示
す。

信号メモリ８及び４８にはランダムアクセスメ
モリが用いられる。そして信号メモリ４８のサイ
ドルツキングソナーの映像を表示する表示画面の
画素数に対応している。他方、信号メモリ８の記
憶容量はスキヤニングソナーの表示画素には対応
せず、受波ビームのビーム数と探知距離に対応す
る。

ｒカウンタ３３はＮ＋１／２進アツプカウンタで その計数値がＮ−１／２から「０」に変化するとき トリガパルスを出力する。又、θカウンタ３４は
スキヤニングソナーの受波ビーム数がＭであるか
らＭ進アツプカウンタが用いられる。

信号メモリ８にはｒカウンタ３３及びθカウン
タ３４の計数値の示す番地にＬ個の受信アンプ群
５、位相合成回路６及びＡ−Ｄ変換器７を通つた
探知信号が書き込まれる。すなわち、θカウンタ
３４の計数値によつてＭ個の受波ビームのが指定
され、ｒカウンター３３によつて受波ビームの距
離位置が指定される。

信号メモリ４８の書込み番地切換器４２の出力
数値とｙカウンタ４５のカウント値によつて指定
される。その指定番地に切換器４６から送出され
る受信アンプ３０あるいは３１の受波信号が書込
まれる。

信号メモリ４８のｙ方向番地は０〜｛Ｎ−（N_S
＋１）｝であり、ｘ方向番地は０〜Ｎである。１
回の送信毎に１行分の信号が書込まれ０〜
Ｎ−１／２に左舷すなわち送受波器４で受信した信 号が書込まれ、Ｎ＋１／２〜Ｎに右舷すなわち送受 波器３で受信した信号が書込まれる。

フリツプフロツプ４０及び切換器４２，４６
は、サイドルツキングソナーの左右舷の信号を交
互に信号メモリ４８に書込むために使用される。
切換器４６は探知信号の切換を、切換器４２はｘ
方向の書込み番地の切換を行なう。信号メモリ４
８にはｒカウンタの計数値「１」変化する間に左
右舷の信号の各１個書込めばよい。従つて、フリ
ツプフロツプ４０はθカウンタ３４の桁右げパル
スでリセツトされ、θカウンタ３４の計数の中間
値M/2でセツトされる。なお、フリツプフロツプ
４０のセツトは、θカウント３４の計数値がM/2
に達したとき比較回路４１から送出される出力パ
ルスによつて行われる。

フリツプフロツプ４０はセツトされると出力は
高レベルになり切換器４２，４６は「ON」にな
つて右舷の信号が書込まれる。又、リセツトされ
たときは切換器４２，４６が「OFF」になつて
左舷の信号が書込まれる。又、ｙカウンタ４５は
減算カウンタが用いられ、（N_S−Ｎ）進の計算容
量で（N_S−Ｎ−１）から「０」の間を減算カウ
ントする。

なお、上記において、信号メモリ８，４８には
クロツクパルス発生器３９のクロツクパルスの高
レベル時に探知信号が書込まれるが、クロツクパ
ルス発生器３９のパルス周期は比較器３５の出力
パルス周期に比較して短いので同じ番地に数回〜
数十回探知信号が書込まれることになり、最終的
には書込み番地の変わる直前の信号が記憶され
る。（探知信号及びマーカの表示） クロツクパルス発生器３９の出力パルス周期は
表示器上で一画素を表示する時間と等しく、又、
パルスのデユーテイは50％である。

信号メモリ８及び４８に記憶されている探知信
号はクロツクパルス発生器３９の出力パルスが低
レベルになる毎に１番地毎の記憶データが読出さ
れる。その読出し番地はｘカウンタ２０及びｙカ
ウンタ２１の計数値により決定される。ｘカウン
ター２０及びｙカウンター２１の計数値は第４図
に示す表示器の各画素と対応しているので、とも
に「０」〜Ｎまでを計数する（Ｎ＋１）進アツプ
カウンタである。

比較器１３及び切換器１４はｙカウンタ２１の
計数値により、サイドルツキングソナーの表示画
面とスキヤニングソナーの表示画面を切り換え
る。ｙカウンター２１の計数値が（N_S＋１）以
上のときは切換切１４は「ON」になつて信号メ
モリ４８の記憶データ、すなわち、サイドルツキ
ングソナーの探知信号を送出する。又、ｙカウン
タ２１の計数値がN_S以下のときは切換器１４は
「OFF」になつて信号メモ８の記憶信号、すなわ
ち、スキヤニングソナーの探知信号を送出する。

加算器５０はｙカウンター４５の計数値が示す
信号メモリ４８のｙ方向最新探知信号番地の表示
信号をサイドルツキングソナー表示画面の最下端
位置に表示するためのものである。ｙカウンタ４
５の計数値をY_X、Ｙカウンタ２１の計数値を
（N_S＋１）とすると加算器５０出力はY_Xとなる。
そして、Ｙカウンター４５は減算カウンターであ
るから、Ｙカウンター２１の計数値が大きくなる
ほど古い探知信号が読出されることになる。

座標変換器５４は読出し専用メモリあるいは乗
算器で構成され、信号メモリ８に極座標位置で記
憶された探知信号を第４図のXY直座標位置に表
示するために使用される。

前記説明から明らかなように、信号メモリ８は
Ｍ行Ｎ＋１／２列の記憶回路で構成され、行方向記 憶番地が各受波ビームの方向に対応し、列方向記
憶番地が各受波ビームの距離位置に対応する。従
つて、信号メモリ８に記憶されている探知信号
は、記憶番地の行位置によつて方向が指定され、
列位置によつて距離が指定されるから、探知信号
は極座標位置で与えられる。他方、表示器１９の
表示画面は、第４図に示すように、XY直交座標
上において画素走査が行われるから、信号メモリ
８の記憶信号を読出して表示器１９に表示するた
めには極座標上の位置をXY直交座標上の位置に
変換しなければならない。

座標変換器５４はこの座標変換を行なう。座標
変換は、例えば、読出し専用メモリを用いる場合
は、ｘカウンター２０、ｙカウンター２１によつ
て指定されるXY直交座標上の位置に対応する極
座標位置をあらかじめ記憶させておき、その記憶
データを読出すことにより、XY座標位置に対応
する極座標位置を指定することができる。

又、座標変換器に乗算器を用いる場合は、XY
直交座標と極座標との変換式を演算することによ
り座標変換を行なうことができる。

なお、上記の場合、信号メモリ８に記憶されて
いる極座標位置をXY直交座標位置に変換する場
合について説明したが、位相合成回路６から送出
される受波信号位置をXY直交座標上の位置に変
換した後に信号メモリ８に書込むようにしてもよ
い。従つて、この場合は、信号メモリ８はXY直
交座標の記憶番地で構成することができる。

読出し専用メモリ１０はスキヤニングソナー表
示画面上に半円の固定マーカR₁、R₂を表示する
ために使用され、読出し専用メモリ５１はサイド
ルツキングソナー表示画面に固定マーカL₁、L₂
を表示するために使用される。読出し専用メモリ
１０並びに５１は表示画面上の表示位置がマーカ
ー表示位置になつたときマーカー出力を送出す
る。

読出し専用メモリ５８はスキヤニングソナー表
示画面に文字及び目盛を表示するために使用さ
れ、その記憶容量は、 β×（Ｎ＋１）×（N_S＋１） に設定されている。ここでβは表示範囲設定器３
７の切換段数である。

比較器１１はスキヤニングソナー表示画面に半
円の可変マーカR₃を表示するために使用され、
比較器５２，５３はサイドルツキングソナー表示
画面に可変マーカL₃を表示するために使用され、
XY直交座標表示位置が可変マーカ設定器５７の
設定位置に一致したときマーカ出力を送出する。

以上の結果、信号メモリ８，４８、読出し専用
メモリ１０，５１、比較器１１，５２，５３及び
５８の読出し信号は切換器１４、色変換器１５、
Ｄ／Ａ変換器１６，１７，１８を経て表示器１９
上にあらかじめ定められた色で表示される。な
お、色変換器１５は切換器１４の出力に対して一
つの色データを送出する。第１図において、切換
器１４は３本の出力線が表示され、各出力線は複
数ビツトの出力線で構成され、色変換器１５はこ
れら出力線の全ビツトに対して一つの色データを
送出する。

可変マーカ値表示器５５はLED、液晶等の数
値表示器で、読出し専用メモリ５６の出力する値
を表示する。又、可変マーカ設定器５７は「０」
〜Ｎ−１／２の値を出力することのできるデイジタ ルスイツチが用いられる。

表示範囲設定器３７は「０」〜（β−１）の値
を出力することのできるデイジタルスイツチ等が
用いられる。この「０」〜（β−１）の値によ
り、例えば、β＝２のときには第４図の距離方向
及び水平方向表示範囲300ｍの探知信号及びマー
カーが表示されるように読出し専用メモリ３６，
５６，５８には予め定められた値が書き込まれて
いる。

読出し専用メモリ３６は表示範囲設定器３７で
設定する範囲設定数値に対応した数値を出力す
る。この出力数値とカウンタ３８のカウント値が
比較回路３５で比較されて、両数値が一致する毎
に比較回路３５から出力パルスが送出される。こ
の出力パルスはθカウンタ３４に導かれてカウン
トされ、カウント値が変化する毎にスキヤニング
ソナー受波ビームの方位が切換えられる。

上記において、比較回路３５の出力するパルス
列周期は次のように求められる。

スキヤニングソナーの表示距離をD_Pｍとする
と距離D_Pｍの超音波が往復するのに要する時間
は Dp／750（sec） より求められる。

位相合成回路６において受波ビームを時系列走
査する走査回数をＮ＋１／２回とすると、１回の時 系列操作に必要な時間は、 Dp／750 １／Ｎ＋１／２＝2Dp／750（Ｎ＋１）（sec） より求められる。そして、位相合成回路６で形成
されるビーム数をＭとすると、１本のビームを切
換えるのに必要な時間は、 2Dp／750（Ｎ＋１）・１／Ｍ＝2Dp／750M（Ｎ＋１）（s
ec） となり、比較回路３５はこの時間間隔のパルス列
を送出すればよい。

なお、上記実施例においては、スキヤニングソ
ナーの映像として、最新の映像のみを表示してい
るが、出願人が特願昭57−82736号で提供したよ
うに、最新映像以外に過去数回乃至数十回の映像
を表示して、立体的表示を行つてもよい。

又、スキヤニングソナーの映像として生の映像
を表示したが、生の映像から海底線のみを抽出し
た処理映像を表示してもよい。この場合にも上記
と同様に過去の映像も表示して立体的表示を行つ
てもよい。

第６図は他の実施例を示し、第１図と同一番号
は同一物を示す。

第１図においては最新の垂直断面画像のみを表
示しているが、第６図はサイドルツキング表示画
面の任意の垂直断面画像を表示できるようにした
ものである。そのため、断面位置設定器６２、加
算器６３，６５、表示器６４が新たに付加されて
いる。

断面位置設定器６２はサイドルツキングソナー
表示画面の垂直断面位置をオペレーターが指定す
る。例えば、デイジタルスイツチが使用され、出
力設定値Y_Pは（０）〜（Ｎ−N_S−１）の範囲で
変化する。

加算器６３は上記の設定値Y_PとＹカウンタ４
５の計数値を加算する。そして、信号メモリ８か
ら表示する垂直断面像を選択する。

比較器６４はサイドルツキング表示画面上にマ
ーカを表示する。そして、マーカ表示位置の垂直
断面像が表示される。

さらに、第６図においては、切換器９、信号メ
モリ８及びOR回路５９が第１図に比して図のよ
うに変更される。又、信号メモリ８の記憶容量
は、 α×Ｍ×Ｎ＋１／２×（Ｎ−N_S） になる。

(g) 発明の効果 以上説明のように、この発明によると、スキヤ
ニングソナーの表示画面とサイドルツキングソナ
ーの表示画面を同一画面上に併記するようになさ
れている。さらに、２つの映像の距離の相対関係
が明確にわかるように併記されている。従つて、
水中物体の位置の確認及び相対勝系の把握を容易
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図及び
第３図は送受波ビームの一例を示し、第４図はそ
の表示器の表示例を示し、第５図はその送受波器
の配置例を示し、第６図は他の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自船の進行方向に対して横方向の海底へ向け
   て扇形指向特性の超音波パルスを送受波して該超
   音波パルスの受波信号をその受信順に表示するこ
   とにより海底の俯瞰図表示を行なうサイドルツキ
   ングソナーと、 自船の進行方向に対して横方向の海底へ向けて
   扇形指向特性の超音波パルスを送受波して該超音
   波パルスの受波信号を上記扇形指向特性の各方向
   の受波信号毎に出力し、各方向の等距離線上の受
   波信号を表示することにより海面から海底方向の
   垂直断面図表示を行なうスキヤニングソナーと、 上記サイドルツキングソナーにおける上記超音
   波受波信号をその受信順に記憶しかつ上記超音波
   パルスを送信する複数周期に渡つて記憶する第１
   の信号メモリと、 上記スキヤニングソナーにおける上記超音波受
   波信号をその到来方向を行方向（列方向）記憶番
   地に対応させ、距離方向を列方向（行方向）記憶
   番地に対応させて記憶する第２の信号メモリと、 上記第１信号メモリの記憶データと第２信号メ
   モリの記憶データとを読み出して共通の表示画面
   上に表示し、かつ、上記第１信号メモリの読み出
   し表示に基づく上記サイドルツキングソナー表示
   映像における自船横方向距離軸と上記スキヤニン
   グソナー表示映像における水平方向距離軸及び距
   離表示を一致させて表示する表示器とを具備して
   なる水中探知表示装置。