JPH04346092A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波により水中ター
ゲットの探索および量的計測を行う超音波反射強度測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波反射強度測定装置は、距離
分解能の向上を計るためにパルス圧縮処理を行うものを
除いて、一般に図４に示す回路構成が採用されている。 図において、３は送信パルス発生回路、４は電力増幅回
路、６はＴＶＧ増幅回路、７は受信用帯域フィルタ、８
は検波回路、９は正弦波発振回路、１１は狭帯域の送受
波器である。正弦波発振回路９で発生する正弦波信号を
送信パルス発生回路３が発生する送信パルスでゲート処
理して送信用バースト信号を得、この送信用バースト信
号を電力増幅した後、送受波器１１で超音波パルスに変
換して水中に送信する。水中に送信した超音波パルスが
水中ターゲットで反射されて返ってくる反射信号を送受
波器１１で受信し、ＴＶＧ増幅器６で伝播減衰の補正を
施した後、受信用帯域フィルタ７を通し、検波回路８で
検波して出力する。

【０００３】上記のような構成の装置の場合、送信周波
数が単一周波数であるため、他船が同一周波数の超音波
パルスを送信している時は、超音波パルスの相互干渉に
より受信信号が乱されるという問題があった。また、送
信パルス幅内に水中ターゲットが複数存在する場合、水
中ターゲットの位置関係により反射波の位相は各ターゲ
ットごとに異なり、異なる位相の反射波の重畳に起因す
る受信信号の振幅変動を除去することができず、水中タ
ーゲットの量的計測を行う場合に誤差が生ずるという問
題があった。

【０００４】上記の問題に鑑みて、従来、図５に示す回
路構成を有し、異なる周波数の複数の送信周波数を使用
し、各周波数毎の検波後の信号を加算平均回路１０でア
ナログ的に加算平均することにより、受信信号の変動を
減少させ、水中ターゲットの量を正確に計測する方式の
ものが実用化されている（公告番号昭６４−５６５５）
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の図４に示す回路
構成の超音波反射強度測定装置は、他船の同一周波数の
超音波パルスにより受信信号が乱されるという問題と、
送信パルス幅内に水中ターゲットが複数存在する場合水
中ターゲットの量的計測に誤差が生ずるという問題があ
り、図５に示す回路構成のものは、他船の送信パルスと
の相互干渉と水中ターゲットの位置関係に起因する受信
信号の変動は軽減されるが、送信周波数に対応する数だ
け送受信回路が必要で、装置が複雑になり、高価になる
という問題があった。本発明は上記の問題に鑑みてなさ
れたもので、比較的簡単な回路構成で、他船の送信パル
スにより受信信号が乱されることなく、水中ターゲット
の位置関係に起因する受信信号の変動の少ない超音波反
射強度測定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波反射強度
測定装置は、白色性雑音を発生する白色雑音発生回路と
、白色性雑音のうち必要な周波数帯域の信号のみを抽出
する送信用帯域フィルタと、送信パルス発生回路と、前
記送信用帯域フィルタからの出力信号を送信パルスでゲ
ート処理した後に電力増幅する電力増幅回路と、前記電
力増幅回路の出力の送信用バースト波を超音波パルスに
変換して水中に送信し水中ターゲットからの反射信号を
受信する広帯域送受波器と、前記広帯域送受波器にて受
信された反射信号に対して伝播減衰の補正を施すＴＶＧ
増幅器と、ＴＶＧ増幅信号のうち必要な周波数帯域の信
号のみを抽出する受信用帯域フィルタと、前記受信用帯
域フィルタの出力信号を包絡線検波する検波回路とを備
えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】帯域制限された白色性雑音を送信信号として用
いることにより、送信パルス内の搬送波の周波数と位相
は時々刻々変化するので、複数の周波数の超音波パルス
を位相を変化させながら送信することと等しい効果が得
られる。このため、単一周波数による送受信系とほぼ同
じ簡単な回路構成で、複数の周波数による送受信系と同
様の効果が得られる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の回路構成を示す。 図において、３，４，６，７，８は図４の同一符号と同
一または相当するものを示し、１は白色雑音発生回路、
２は送信用帯域フィルタ、５は広帯域送受波器である。 図２は実施例における送信系の各回路の信号スペクトル
分布の一例を示し、図３は本発明の一実施例の各回路に
おける信号波形の一例を示す。

【０００９】先ず、本発明の実施例によると、他船の送
信パルスの干渉を受ける確率が減少するとともに、受信
信号の変動が減少する動作について説明する。白色雑音
発生回路１で発生した白色性雑音は、周波数と位相が時
々刻々変化しており、図２（ａ）のように、全周波数領
域に渡ってスペクトルが一様に分布している。この白色
性雑音を送信用帯域フィルタ２により帯域制限すると、
図２（ｂ）のように、中心周波数ｆ０　、帯域幅Δｆの
周波数特性を有する有色性信号となる。この有色性信号
を送信パルス発生回路３が発生する送信パルスでゲート
処理を行い、送信用バースト信号を得る。この送信用バ
ースト信号は、図２（ｃ）の周波数特性を有する有色性
信号であり、送信パルス幅内で周波数と位相が不規則に
変化する。前記送信用バースト信号は電力増幅回路４で
電力増幅された後、広帯域送受波器５により電気音響変
換され、超音波パルスとして水中に送信される。水中タ
ーゲットで反射された超音波パルスは広帯域送受波器５
で受信され、ＴＶＧ増幅回路６により伝播減衰の補正が
施された後、受信用帯域フィルタ７，検波回路８を経て
、反射エコーの包絡線成分が出力される。この包絡線成
分は、単一周波数による包絡線成分と比較して、他船と
の相互干渉と水中ターゲットの位置関係に起因する受信
信号の変動が大幅に軽減されている。他船との相互干渉
については、送信用バースト信号が、送信パルス幅内で
周波数と位相が不規則に変化していることにより、干渉
を受ける確率が大幅に減少することが明らかである。

【００１０】以下、受信信号の変動の減少について説明
する。水中ターゲットからの反射エコーの受波音圧の瞬
時値Ｐｒは、送信パルス幅内の単体ターゲットからの反
射エコーの音圧をパルス幅内の全ターゲット数（例えば
魚群を探知する場合の全尾数Ｎ）について合成された値
であり、送信周波数が単一の場合、次式で与えられる。

【００１１】

【数１】

【００１２】また、パルス幅内に存在する全尾数による
受波音圧のパワーの瞬時値Ｐｒ２　は、送信周波数が単
一の場合、次式で与えられる。

【００１３】

【数２】

【００１４】ここで、ＰｒｉおよびＰｒｊはそれぞれタ
ーゲットｉおよびターゲットｊの反射強度であり、ψｉ
，ψｊは搬送波ｗにおけるターゲットｉとターゲットｊ
の初期位相である。上記式（２）　の第１項は、各ター
ゲットからの反射強度の２乗和であり、第２項はターゲ
ット相互間の位置関係に起因する干渉によって生ずる受
信信号の変動成分である。単一周波数の場合、受信信号
の変動成分を受信毎に除去することは不可能である。送
信信号として前記送信用バースト信号を用いた場合、式
（２）　の初期位相ψｉ，ψｊは、送信パルス幅内の搬
送周波数毎に異なるので、

【００１５】

【数３】

【００１６】となり、受信信号の変動成分は受信毎に除
去され、前記包絡線信号は、ターゲットからの反射のみ
を反映した安定な信号となる。

【００１７】次に、詳細な動作について説明する。白色
雑音発生回路１で発生した白色性雑音は、送信用帯域フ
ィルタ２で広帯域送受波器５が送受信できる周波数帯域
に帯域制限された有色性信号として出力される。図３（
ａ）は白色雑音発生回路１の出力信号波形、図３（ｂ）
は送信用帯域フィルタ２の振幅を一定にした出力信号波
形である。前記有色性信号を送信パルス発生回路３が発
生する送信パルスでゲート処理して送信用バースト信号
を得る。図３（ｃ）は送信用バースト信号波形である。 この送信用バースト信号が電力増幅回路４で電力増幅さ
れた後、広帯域送受波器５により電気音響変換され、超
音波パルスとして水中に送信される。水中ターゲットで
反射されて返ってきた超音波パルスは前記広帯域送受波
器５により音響電気変換され、ＴＶＧ増幅回路６で伝播
減衰の補正が施された後、受信用帯域フィルタ７で帯域
制限されて検波回路８に送られる。受信用帯域フィルタ
７には、中心周波数がｆ０　、帯域幅が前記送信用帯域
フィルタ２の帯域幅Δｆより広いものを使用する。 受信用帯域フィルタ７の出力信号は検波回路８で包絡線
検波され、直流信号に変換される。検波回路８の時定数
は、送信パルス幅の逆数（パルス幅をＴとした場合、時
定数１／Ｔ）と等しい値とする。図３（ｄ）は受信用帯
域フィルタ７の出力信号波形、図３（ｅ）は検波回路８
の出力信号波形であり、水中ターゲットの反射強度を正
確に反映した変動の少ない信号である。

【００１８】上記のように動作して、複数の送受信回路
を必要とする複数の異なった送信周波数によることなく
、単一の送受信回路構成で、水中ターゲットの反射強度
に対応した安定な信号が得られ、この信号の振幅を数値
表示またはグラフ表示することによって、例えば、魚群
量の正確な把握ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単一の送受信回路構成で、他船との相互干渉を大幅に減
少させ、さらに、水中ターゲットの位置関係に起因する
受信信号の変動を大幅に軽減させ、正確な反射強度を得
ることが可能となり、構成の簡素化、装置規模の縮小化
に寄与する効果が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の一実施例における送信系の各回路の信
号スペクトル分布の一例を示す図である。

【図３】本発明の一実施例における各回路の信号波形の
一例を示す図である。

【図４】従来の単一周波数による超音波反射強度測定装
置の一例の回路構成を示すブロック図である。

【図５】従来の複数の周波数による超音波反射強度測定
装置の一例の回路構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１　　白色雑音発生回路 ２　　送信用帯域フィルタ ３　　送信パルス発生回路 ４　　電力増幅回路 ５　　広帯域送受波器 ６　　ＴＶＧ増幅回路 ７　　受信用帯域フィルタ ８　　検波回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超音波により水中ターゲットの探索お
   よび量的計測を行う超音波反射強度測定装置において、
   白色性雑音を発生する白色雑音発生回路と、前記白色雑
   音発生回路が発生する白色性雑音のうち必要な周波数帯
   域の信号のみを抽出する送信用帯域フィルタと、送信パ
   ルスを発生する送信パルス発生回路と、前記送信用帯域
   フィルタからの出力信号を前記送信パルス発生回路が発
   生する送信パルスでゲート処理した後に電力増幅する電
   力増幅回路と、前記電力増幅回路の出力の送信用バース
   ト波を超音波パルスに変換して水中に送信し水中ターゲ
   ットからの反射信号を受信する広帯域送受波器と、前記
   広帯域送受波器にて受信された反射信号に対して伝播減
   衰の補正を施すＴＶＧ増幅回路と、前記ＴＶＧ増幅回路
   の出力のＴＶＧ増幅信号のうち必要な周波数帯域の信号
   のみを抽出する受信用帯域フィルタと、前記受信用帯域
   フィルタの出力信号を包絡線検波する検波回路とを備え
   たことを特徴とする超音波反射強度測定装置。