JPH0479548B2 - - Google Patents

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JPH0479548B2
JPH0479548B2 JP1501485A JP1501485A JPH0479548B2 JP H0479548 B2 JPH0479548 B2 JP H0479548B2 JP 1501485 A JP1501485 A JP 1501485A JP 1501485 A JP1501485 A JP 1501485A JP H0479548 B2 JPH0479548 B2 JP H0479548B2
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JP
Japan
Prior art keywords
phase
ultrasonic
rectangular wave
memory address
memory
Prior art date
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Expired
Application number
JP1501485A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61173182A (en
Inventor
Hideji Morimatsu
Yasuhiko Endo
Satoshi Sugano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to JP1501485A priority Critical patent/JPS61173182A/en
Publication of JPS61173182A publication Critical patent/JPS61173182A/en
Publication of JPH0479548B2 publication Critical patent/JPH0479548B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(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水
中探知を行なう装置に関し、特に、水中の広範囲
方向を任意に切換えて探知する装置に関する。 (従来の技術) 超音波を送受波して水中の広範囲角を探知する
場合、広範囲方向の特定方向に超音波を送波し、
あるいは、特定方向からの超音波を受波する必要
がある。 超音波信号を特定方向に送波したり、受波した
りする場合は、一般には、複数個の超音波振動子
の合成指向性が利用される。 例えば、複数個の超音波振動子を平面上に配列
して、各振動子信号あるいは受波信号に適応な位
相関係を与えると、位相関係に応じた指向特性が
形成される。この指向特性は、上記位相関係によ
つて決定される特定の方向に最も強い送受波感度
を有する主極ビームと他の方向に極めて低い送受
波感度を有する副極ビームとで形成される。この
ような指向性の送受波ビームを用いて水中探知を
行なう場合、水中の各方向から帰来する反射波が
同一レベルで到来する場合は主極ビームと副極ビ
ームの固有のレベル差によつて主極ビームの指向
方向から到来する反射波のみを検出することがで
きる。ところが、不要方向から到来する音波のレ
ベルが極めて大きい場合、例えば、第2図におい
て、主極ビームMの指向包囲θ0から到来する超音
波が極めて強力な場合、主極ビームMによる受波
出力と副極ビームS2による受波出力とがほぼ同様
なレベルで出力される。そのため、受波信号が所
望方向θ0の超音波信号であるのか、あるいは、不
要方向θiの超音波信号であるのか判別することが
できない。この現象は海底方向からの超音波信号
を受波する場合に著しく現われる。例えば、第3
図において、海底の広範囲角α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受波
する場合、直下の海底方向からは比較的レベルの
大きい反射波が帰来する。従つて、θ方向に指向
する主極ビームMでΧθ方向の反射波を受波する
場合、直下の海底方向からの反射波が副極ビーム
S1,S2によつて受波される結果、θ方向の反射波
と直下の海底方向の反射波とを識別することがで
きない。 上記の直下の海底反射波のような不要波を除去
するためには主極ビームのレベル差をできるだけ
大きくすることがで望ましい。すたわち、副極ビ
ームを抑圧することが望ましい。 副極ビームを抑圧する手段は公知である。例え
ば、「コロラ社発行、菊池喜充著、磁歪振動子と
超音波 P291」から明らかなように、複数個の
超音波振動子の配列形態、各振動子の送受波信号
の振巾あるいは位相を調整することにより可能で
ある。ここで、副極ビームの抑圧は、副極ビーム
が生じる全方位に渡つて抑圧することも考えられ
るが、実用上は、必ずしも全方位に渡つて抑圧す
る必要はない。例えば、上記のように、直下の海
底方向から強力な不要波が到来する場合は、直下
の海底方向に送受波感度特性を有する副極ビーム
を抑圧すればよい。特定方向の副極ビームのみを
抑圧する場合は、配列した超音波振動子の各々の
送受波信号の位相を調整することにより抑圧する
ことができる。 第4図に主極ビームの指向方向を60°方向に設
定し、かつ、90°方向に対する副極ビームの送受
波感度を抑圧した特性例を示す。 第4図の指向特性は、64子個の超音波振動子を
0.67λ間隔(λは超音波の波長)で配列して、各
振動子の合成指向方向、すなわち、主極ビームの
指向方向が60°方向がを指向するように各振動子
の励振信号の位相を規制した後、各振動子の励振
信号の位相を、さらに(表−1)に示す量だけそ
れぞれ位相することにより形成される。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an apparatus for performing underwater detection by transmitting and receiving ultrasonic pulses underwater, and particularly relates to an apparatus for detecting underwater by arbitrarily switching a wide range of directions. (Prior art) When transmitting and receiving ultrasonic waves to detect a wide range of angles underwater, the ultrasonic waves are transmitted in a specific direction within a wide range,
Alternatively, it is necessary to receive ultrasonic waves from a specific direction. When transmitting or receiving ultrasonic signals in a specific direction, the combined directivity of a plurality of ultrasonic transducers is generally used. For example, if a plurality of ultrasonic transducers are arranged on a plane and an appropriate phase relationship is given to each transducer signal or received signal, a directional characteristic corresponding to the phase relationship is formed. This directional characteristic is formed by a main pole beam having the strongest wave transmission/reception sensitivity in a specific direction determined by the above-mentioned phase relationship and a sub-pole beam having very low wave transmission/reception sensitivity in other directions. When performing underwater detection using such a directional transmitting/receiving beam, if the reflected waves returning from each direction underwater arrive at the same level, it is due to the inherent level difference between the main pole beam and the sub pole beam. Only reflected waves arriving from the direction of the main pole beam can be detected. However, if the level of the sound waves arriving from unnecessary directions is extremely high, for example, if the ultrasonic waves arriving from the directional envelope θ 0 of the main pole beam M are extremely strong in FIG. and the received wave output by the sub-pole beam S2 are output at almost the same level. Therefore, it is not possible to determine whether the received signal is an ultrasound signal in the desired direction θ 0 or an ultrasound signal in the unnecessary direction θ i . This phenomenon is most noticeable when receiving ultrasonic signals from the ocean floor. For example, the third
In the figure, when an ultrasonic pulse is transmitted in the wide angle α direction of the ocean floor and the reflected waves returning from each direction are received, the reflected waves with a relatively high level return from the direction of the ocean floor immediately below. Therefore, when a reflected wave in the Χθ direction is received by the main pole beam M directed in the θ direction, the reflected wave from the direction of the seabed immediately below becomes the sub-pole beam.
As a result of the waves being received by S 1 and S 2 , it is not possible to distinguish between the reflected waves in the θ direction and the reflected waves in the direction of the ocean floor directly below. In order to remove unnecessary waves such as the waves reflected from the seabed just below, it is desirable to make the level difference between the main pole beams as large as possible. That is, it is desirable to suppress the sub-pole beam. Means for suppressing sub-pole beams are known. For example, as is clear from "Magnetostrictive Vibrators and Ultrasonics P291, published by Colora Publishing, written by Yoshimitsu Kikuchi," it is clear that This is possible by adjusting. Here, it is conceivable to suppress the sub-pole beam in all directions in which the sub-pole beam is generated, but in practice, it is not necessarily necessary to suppress the sub-pole beam in all directions. For example, as described above, when strong unnecessary waves arrive from the direction of the ocean floor directly below, it is sufficient to suppress the sub-pole beam that has wave transmission/reception sensitivity characteristics in the direction of the ocean floor immediately below. When suppressing only the sub-pole beam in a specific direction, it can be suppressed by adjusting the phase of the transmitted and received signals of each of the arrayed ultrasonic transducers. FIG. 4 shows an example of characteristics in which the directivity direction of the main pole beam is set in the 60° direction and the transmission/reception sensitivity of the sub-pole beam in the 90° direction is suppressed. The directional characteristics in Figure 4 are based on 64 ultrasonic transducers.
Arranged at 0.67λ intervals (λ is the wavelength of the ultrasonic wave), the phase of the excitation signal of each transducer is adjusted so that the combined pointing direction of each transducer, that is, the main pole beam direction is 60°. After regulating, the phase of the excitation signal of each vibrator is further shifted by the amount shown in Table 1.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 (表−1)においてNo.は振動子配列番号を示
し、φは励振信号の位相量を示す。移相量は
「RAD」の単位で示され、「−」符号は遅相量を
示す。 従つて、配列振動子の位相量を(表−1)のよ
うに設定すると、第4図から明らかなように、
60°方向に主極ビームが形成される一方、90°方向
の副極ビームが著しく抑圧されていることがわか
る。第4の特性における方位目盛は振動子配列平
面を基準にしたものである。従つて、副極ビーム
が抑圧される90°方向は振動子配列の正面方向に
相当するから、この特性の送受波器の用いること
により上記における直下の海底方向からの不要反
射波を除去することができる。 上記(表−1)に示す各振動子励信号の移相量
は、例えば、ラグランジエの傾斜法を用いて計算
することができる。すなわち、第4図の特性図の
場合、まず、64個の振動子を配列して60°方向に
主極ビームが形成されるように、各振動子の励振
信号に与える位相配列を算出する。この位相配列
の算出は周知である。例えば、第1図に示すよう
にZ1乃至Z64の超音波振動子を間隔d毎に配列し
てθ方向に受波指向性を形成する場合、各振動子
の受波信号の位相をその配列順に φ=2π/λd sinθ づつ移相させればよい。そして、60°方向に主極
ビームが生じるように位相配列を与えた後、各振
動子励振信号の位相を種々調整したとき、90°方
向に対する副極ビームが最も抑圧されるような位
相配列を収束計算する。この収束計算に公知のラ
グランジエの傾斜法を用いると効果的である。 (発明が解決しようとする問題点) この発明は、第4図で説明した指向特性を実際
の水中探知にどのようにして実現するかを解決す
るものである。すなわち、水中探知装置は水中の
任意方向を探知する必要がある。ところが、(表
−1)の位相配列は第4図の指向特性も形成する
ためにのみ有効であるから、主要ビームの指向方
向を第4図と異なる方向に設定して、かつ直下の
海底方向から帰来する反射波に対する受波感度を
抑圧するためには、各振動子の位相配列を(表−
1)とは異なる位相配列に設定しなければならな
い。従つて、探知方向を変化させる毎に、各振動
子信号の位相量を切換える必要があり、例えば
120°の範囲を5°毎に探知方向を切換える場合、24
回の切換えを行なうことにある。この移相量の切
換えを一般的に用いられている位相制御、例え
ば、遅延回路を用いて行なう場合、位相制御の切
換回路が非常に複雑になることが予想される。 この発明は、第4図の指向特性を形成するため
の位相配列を容易に実現することができ、かつ、
その指向性を任意方向に変化させるための位相配
列をも容易に実現し得る方法を提供する。 (問題点を解決するための手段、作用) 問題点を解決するための解決するための手段と
して、出願人が先に提供した特願昭57−121439号
(特公平01−016392号)の装置が用いられる。こ
の装置は、第1図を用いて後述するように、記憶
回路に書込まれた記憶データを読出して多相の矩
形波列を生成して、各矩形破列の位相関係を所望
の位相関係に設定することにより、受波ビームの
指向方向を任意方向に設定するものである。各矩
形波列の位相関係は記憶回路の記憶データによつ
て決定されるから、記憶データの書込みを変化さ
せることにより、位相関係を任意に設定すること
ができる。 この発明は、例えば第4図のような指向特性を
形成する場合に、(表−1)のような位相配列を
有する矩形波列を、記憶回路の記憶データを読出
して生成することにより、所望方向に最大の送受
波感度を有し、かつ、不要方向に対する送受波感
度が極力抑圧された指向特性を形成する。 (実施例) まず第1図の動作について説明すると、Z1乃至
Z64は超音波受波器を示し、一定間隔d毎に直線
状に配列されている。超音波受波器Z1乃至Z64
各受波信号はプリアンプP1乃至P64を経て混合回
路M1乃至M64においてラツチ回路51乃至564
ら出力される矩形波列の各々と混合される。 混合回路M1乃至M64の混合出力は加算回路Σ
において加算された後、加算信号のうちから特定
の周波数成分がフイルター回路Fによつて抽出さ
れる。フイルター回路Fの抽出出力は増巾器6に
おいて増巾された後、表示器7に導かれる。表示
器7は例えばブラウン管表示器が用いられる。表
示器7は走査回路8が掃引回路9の出力に基づい
て画素走査が行われる。 10は送信器を示し、一定時間毎に超音波送波
器11から超音波パネスを送波させる。超音波送
波器11は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が、超音波波送受
波器Z1乃至Z64によつて帰来方向が識別されて抽
出される。 送信器10は超音波パルスを送波させると同時
に、カウンター3の係数値をリセツトする。カウ
ンター3は文周回路2の出力するパルス列を計数
して、計数値に対応する記憶回路4の記憶番地の
記憶データを読み出す。又、分周回路2はクロツ
クパルス源1のパルス列を分周して送出する。 記憶回路4は、各記憶番地が指定される毎に64
桁の2進数値を出力し、各桁出力がラツチ回路5
乃至564の各々にラツチされる。ラツチ回路51
乃至564の各々は各桁の数値出力に対応して、高
レベルあるいは低レベル出力を送出して、高レベ
ル出力と低レベル出力のくり返しによつて矩形波
出力が送出される。なお、ラツチ回路51乃至5
64は、ラツチパルス生成回路5の出力するラツチ
パルスによつてラツチ動作を行ない、ラツチパル
ス生成回路5は、クロツクパルス源1のパルス列
とを生成する。ラツチパルスカウンター3の計数
動作に同期して生成され、記憶回路4から読出さ
れた記憶出力を次の記憶出力が読出されるまでの
間保持する。 上記において、混合回路M1乃至M64の混合出
力は位相が各混合信号の位相によつて影響され
る。すなわち、ラツチ回路51乃至564から出力
される矩形波列の位相を変化させることにより混
合出力の位相を変化させることができ、等価的に
超音波受波器Z1乃至Z64の各受波信号を移相させ
ることができる。従つて、超音波受波器Z1乃至
Z64による合成指向特性を特定方向に設定するた
めの各受波信号の移相量に対応して、ラツチ回路
1乃至564の出力する矩形波列を移相させるこ
とにより、混合回路M1乃至M64の各々出力に各
受波信号を等価的に所望量だけ移相させた移相信
号を得ることができる。そして、混合回路M1
至M64の各混合出力を加算回路Σで加算した後、
フイルターFにより特定周波信号を抽出すると、
フイルターFの出力に特定方向の指向性受波信号
を得ることができる。 ラツチ回路51乃至564の出力する矩形波列の
位相は、特願昭57−121439号で(特公平01−
016392号)で説明したように、カウンター3によ
つて各記憶番地の記憶データが読出されるに従つ
て所定位相に変化する。各矩形波列の位相が種々
変化することにより、混合回路M1乃至M64混合
出力も位相が変化し、その結果、加算回路Σ、フ
イルターFによつて形成される指向性ビームの指
向が種々に変化する。 従つて、記憶回路4の記憶データを適宜書込む
ことによりフイルターFの出力する指向性受波ビ
ームの指向特性を任意に形成することができるか
ら、記憶回路4に書込む記憶データを、例えば、
ラツチ回路51乃至564の出力する矩形波列の位
相配列が上記(表−1)に対応するように書込む
ことにより第4図に示す指向特性を形成すること
ができる。上記(表−1)は主極ビームを60°方
向に形成する場合の位相データであるから、主極
ビームの指向方向を変化させる場合は、各指向方
向に対応する位相データを前記のように演算して
求めた後、記憶回路4の他の記憶番地にその移相
データを書込む。そして主極ビームをその方向に
指向させる場合は、その記憶番地の記憶データを
読出すようにすればよい。 従つて、主極ビームの指向方向をあらかじめ定
めた範囲角内において、順次変化させる場合、そ
れぞれの指向方向に対応する移相データをそれぞ
れが対応する記憶番地に書込み、記憶番地の記憶
データを順に読出して矩形波列の位相をそれぞれ
移相させることにより、特定方向に対する受波感
度を抑圧して、主極ビームの指向方向を順次変化
させることができる。 なお、フイルターFによつて抽出される指向性
受波ビームの受波信号は表示器7に導かれて表示
されるが、表示画面上の表示装置は帰引回路9に
よつて決定される。帰引回路9は、送信器10に
基づいて、カウンター3の計数動作に連動して、
走査回路8に画素走査を行わせる。すなわち、カ
ウンター3の計数動作に対応して記憶回路4の読
出番地が順次変化して指向性受波ビームの指向方
向が順次変化するとき、表示器7の表示画面上の
画素走査位置が指向性受波ビームの指向方向変化
に対応して変化する。 第5図は他の実施例を示し、第1図と同一番号
のものは同一の動作を行なう。 第1図においては、カウンター3の計数値変化
に対応して、記憶回路4の記憶番地が順次読出さ
れるに従つて受波ビームの指向方向も変化するよ
うになされている。それに対して、第5図におい
ては、カウンター3′は走査方位設定器12並び
に妨害方位設定器13によつて決定される記憶回
路4の記憶番地を基準にして一定範囲内の記憶番
地の記憶データが読出されるようになされてい
る。従つて、第5図において、カウンター3′は
ラツチ回路51乃至564から出力される矩形波列
の少なくとも1週期を生成するのに必要な記憶番
地をくり返し指定して、その記憶データを読出
す。 走査方位設定器12は受波ビームの受波方向を
決定し、妨害方位設定器13は受波感度の抑圧方
向を決定する。従つて、例えば、走査方位設定器
12が6桁、妨害方位設定器13が3桁の2進数
で記憶番地を指定するものとすると、 26×23=512 であるから、(表−1)の移相データを1種類と
して512種類の移相データが記憶回路4′に記憶さ
れる。 第6図は送信ビームの指向方位形成に適用した
場合の実施例を示す。すなわち、送信ビームの指
向方位を形成する場合は、ラツチ回路51乃至5
64から出力される矩形波列を用いて超音波送波器
Z1乃至Z64を励振すればよい。従つて、記憶回路
4″の記憶データ読出しによつて生成される矩形
波列の周波数が超音波送波器Z1乃至Z64の共振周
波数に一致し、各矩形波列の位相配列が、第1図
あるいは第5図で説明したように、所望方向に対
する送波出力が最大になり、不要方向に対する送
波出力が抑圧されるように、記憶回路4″の記憶
データを書込めばよい。 (発明の効果) 以上説明のように、この発明は、記憶回路の記
憶データに基づいて超音波送受波器の合成指向特
性を所望方向に設定すると同時に、不要方向に対
する送受波感度を抑圧するものである。従つて、
送受波信号の位相制御を任意に行なうことが容易
に可能になるから、送受波方向の制御、送受波感
度抑圧方向の制御を容易に行なうことが可能にな
り、広範囲水中探知装置において、探知方向を任
意に変化させる装置に用いて好適である。
[Table] In (Table-1), No. indicates the transducer arrangement number, and φ indicates the phase amount of the excitation signal. The amount of phase shift is shown in the unit of "RAD", and the "-" sign indicates the amount of phase lag. Therefore, if the phase amount of the array oscillator is set as shown in Table 1, as is clear from Fig. 4,
It can be seen that while the main pole beam is formed in the 60° direction, the sub-pole beam in the 90° direction is significantly suppressed. The azimuth scale in the fourth characteristic is based on the transducer array plane. Therefore, since the 90° direction in which the sub-pole beam is suppressed corresponds to the front direction of the transducer array, by using a transducer with this characteristic, unnecessary reflected waves from the seabed directly below can be removed. I can do it. The amount of phase shift of each vibrator excitation signal shown above (Table 1) can be calculated using, for example, Lagrange's slope method. That is, in the case of the characteristic diagram of FIG. 4, first, the phase arrangement given to the excitation signal of each vibrator is calculated so that 64 vibrators are arranged and a main pole beam is formed in the 60° direction. Calculation of this phase array is well known. For example, when arranging Z 1 to Z 64 ultrasonic transducers at intervals d to form reception directivity in the θ direction as shown in Figure 1, the phase of the reception signal of each transducer is It is sufficient to shift the phase by φ=2π/λd sinθ in the order of arrangement. Then, after giving a phase arrangement so that the main pole beam is generated in the 60° direction, when the phase of each vibrator excitation signal is variously adjusted, a phase arrangement is created such that the sub-pole beam in the 90° direction is suppressed the most. Calculate convergence. It is effective to use the well-known Lagrange gradient method for this convergence calculation. (Problems to be Solved by the Invention) This invention solves the problem of how to realize the directional characteristics described in FIG. 4 for actual underwater detection. That is, the underwater detection device needs to detect any direction underwater. However, since the phase array shown in Table 1 is effective only for forming the directivity characteristics shown in Figure 4, the directivity direction of the main beam is set in a direction different from that shown in Figure 4, and it is necessary to set the direction of the main beam in a direction different from that shown in Figure 4, and to In order to suppress the receiving sensitivity to the reflected waves returning from the
1) must be set to a different phase arrangement. Therefore, it is necessary to change the phase amount of each vibrator signal every time the detection direction is changed. For example,
When changing the detection direction every 5° within a 120° range, 24
The purpose is to perform switching times. When switching the amount of phase shift using commonly used phase control, for example, a delay circuit, it is expected that the phase control switching circuit will become very complex. The present invention can easily realize a phase arrangement for forming the directional characteristics shown in FIG. 4, and
A method is provided that can easily realize a phased array for changing the directivity in any direction. (Means and effects for solving the problem) The device of Japanese Patent Application No. 1983-121439 (Japanese Patent Publication No. 01-016392) previously provided by the applicant as a means for solving the problem. is used. As will be described later with reference to FIG. 1, this device reads out stored data written in a storage circuit, generates a multiphase rectangular wave train, and changes the phase relationship of each broken rectangular wave train to a desired phase relationship. By setting this, the directivity direction of the received beam can be set to an arbitrary direction. Since the phase relationship between each rectangular wave train is determined by the data stored in the memory circuit, the phase relationship can be arbitrarily set by changing the writing of the stored data. For example, when forming a directional characteristic as shown in FIG. 4, the present invention generates a rectangular wave train having a phase arrangement as shown in Table 1 by reading data stored in a storage circuit. A directional characteristic is formed in which the wave transmitting and receiving sensitivity is maximum in the direction, and the wave transmitting and receiving sensitivity in unnecessary directions is suppressed as much as possible. (Example) First, to explain the operation shown in Fig. 1, Z 1 to
Z64 indicates ultrasonic receivers, which are arranged in a straight line at regular intervals d. The received signals of the ultrasonic receivers Z 1 to Z 64 are mixed with the rectangular wave trains output from the latch circuits 5 1 to 5 64 in mixing circuits M 1 to M 64 via preamplifiers P 1 to P 64 . be done. The mixed outputs of the mixing circuits M 1 to M 64 are added to the adder circuit Σ
After addition, a specific frequency component is extracted from the added signal by a filter circuit F. The extracted output of the filter circuit F is amplified by an amplifier 6 and then guided to a display 7. For example, a cathode ray tube display is used as the display 7. In the display device 7, a scanning circuit 8 performs pixel scanning based on the output of a sweep circuit 9. Reference numeral 10 denotes a transmitter, which causes an ultrasonic wave transmitter 11 to transmit an ultrasonic panel at fixed time intervals. The ultrasonic transmitter 11 transmits ultrasonic pulses in a wide range of directions, and the reflected waves returning from each direction are extracted by the ultrasonic wave transducers Z 1 to Z 64 after identifying the return direction. Ru. The transmitter 10 transmits the ultrasonic pulse and at the same time resets the coefficient value of the counter 3. The counter 3 counts the pulse train output from the frequency circuit 2 and reads out the stored data at the storage address of the storage circuit 4 corresponding to the counted value. Further, the frequency divider circuit 2 divides the frequency of the pulse train of the clock pulse source 1 and sends it out. The memory circuit 4 stores 64 bits each time each memory address is designated.
Outputs the binary value of the digit, and each digit output is the latch circuit 5
1 to 564 , respectively. Latch circuit 5 1
Each of 564 outputs a high level or a low level corresponding to the numerical output of each digit, and a rectangular wave output is sent by repeating the high level output and the low level output. In addition, the latch circuits 5 1 to 5
64 performs a latch operation using the latch pulse output from the latch pulse generating circuit 5, and the latch pulse generating circuit 5 generates a pulse train of the clock pulse source 1. The memory output generated in synchronization with the counting operation of the latch pulse counter 3 and read from the memory circuit 4 is held until the next memory output is read. In the above, the phases of the mixed outputs of the mixing circuits M 1 to M 64 are influenced by the phase of each mixed signal. That is, by changing the phase of the rectangular wave train output from the latch circuits 51 to 564 , the phase of the mixed output can be changed, and equivalently, the phase of the mixed output can be changed by changing the phase of the rectangular wave train output from the latch circuits 51 to 564 . Wave signals can be phase shifted. Therefore, the ultrasonic receiver Z 1 to
The mixing circuit M It is possible to obtain phase-shifted signals obtained by equivalently shifting the phase of each received signal by a desired amount at each output of M1 to M64 . Then, after adding the mixed outputs of the mixing circuits M 1 to M 64 in the adding circuit Σ,
When a specific frequency signal is extracted by filter F,
A directional reception signal in a specific direction can be obtained from the output of the filter F. The phase of the rectangular wave train output from the latch circuits 51 to 564 is disclosed in Japanese Patent Application No. 121439/1983
As explained in No. 016392), as the stored data at each storage address is read out by the counter 3, the phase changes to a predetermined phase. As the phase of each rectangular wave train changes variously, the phase of the mixed outputs of the mixing circuits M 1 to M 64 also changes, and as a result, the directivity of the directional beam formed by the adder circuit Σ and the filter F varies. Changes to Therefore, by appropriately writing the stored data in the memory circuit 4, the directional characteristics of the directional reception beam outputted by the filter F can be arbitrarily formed.
By writing so that the phase arrangement of the rectangular wave trains output from the latch circuits 51 to 564 corresponds to the above (Table 1), the directivity characteristics shown in FIG. 4 can be formed. The above (Table 1) is the phase data when the main pole beam is formed in the 60° direction, so when changing the directivity direction of the main pole beam, the phase data corresponding to each directivity direction can be changed as described above. After calculating and finding it, the phase shift data is written to another memory address in the memory circuit 4. When the main pole beam is directed in that direction, the stored data at that storage address may be read. Therefore, when changing the directivity direction of the main pole beam sequentially within a predetermined range angle, the phase shift data corresponding to each directivity direction is written to the corresponding memory address, and the stored data at the memory address is sequentially changed. By reading out and shifting the phases of the rectangular wave trains, it is possible to suppress reception sensitivity to a specific direction and sequentially change the directivity direction of the main pole beam. The reception signal of the directional reception beam extracted by the filter F is guided to the display 7 and displayed, and the display device on the display screen is determined by the feedback circuit 9. Based on the transmitter 10, the return circuit 9 is linked to the counting operation of the counter 3, and
The scanning circuit 8 is caused to perform pixel scanning. That is, when the readout address of the memory circuit 4 sequentially changes in response to the counting operation of the counter 3 and the directivity direction of the directional reception beam sequentially changes, the pixel scanning position on the display screen of the display device 7 becomes directional. It changes in response to changes in the direction of the receiving beam. FIG. 5 shows another embodiment, in which the same numbers as in FIG. 1 perform the same operations. In FIG. 1, as the memory addresses of the memory circuit 4 are sequentially read out in response to changes in the count value of the counter 3, the directional direction of the received beam also changes. On the other hand, in FIG. 5, the counter 3' stores data stored at storage addresses within a certain range based on the storage address of the storage circuit 4 determined by the scanning direction setting device 12 and the disturbance direction setting device 13. is read out. Therefore, in FIG. 5, the counter 3' repeatedly specifies the memory address necessary to generate at least one week period of the rectangular wave train output from the latch circuits 51 to 564 , and reads the stored data. put out. The scanning direction setter 12 determines the reception direction of the reception beam, and the interference direction setter 13 determines the direction in which the reception sensitivity is suppressed. Therefore, for example, if the scanning direction setting device 12 specifies the storage address with a 6-digit binary number and the disturbance direction setting device 13 specifies the storage address with a 3-digit binary number, then 2 6 × 2 3 = 512, so (Table 1 ), 512 types of phase shift data are stored in the storage circuit 4'. FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to forming the directional direction of a transmission beam. That is, when forming the directional direction of the transmission beam, the latch circuits 5 1 to 5
Ultrasonic transmitter using rectangular wave train output from 64
It is sufficient to excite Z 1 to Z 64 . Therefore, the frequency of the rectangular wave train generated by reading the data stored in the memory circuit 4'' matches the resonance frequency of the ultrasonic transmitters Z1 to Z64 , and the phase arrangement of each rectangular wave train is as follows. As explained with reference to FIG. 1 or FIG. 5, the data stored in the memory circuit 4'' may be written so that the transmitted wave output in the desired direction is maximized and the transmitted wave output in unnecessary directions is suppressed. (Effects of the Invention) As explained above, the present invention sets the composite directivity of the ultrasonic transducer in a desired direction based on the data stored in the storage circuit, and at the same time suppresses the sensitivity of the transmission and reception to unnecessary directions. It is. Therefore,
Since the phase of the transmitted and received signals can be easily controlled arbitrarily, it becomes possible to easily control the direction of the transmitted and received waves and the direction of suppressing the sensitivity of the transmitted and received waves. It is suitable for use in a device that changes arbitrarily.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の実施例を示し、第2図は従
来の送受波ビームの指向特性例を示し、第3図は
水中探知の概要を説明するための図、第4図はこ
の発明を実施する送受波ビームの指向特性例を示
し、第5図並びに第6図は他の実施例を示す。 1……クロツクパルス源、2……分周回路、3
……カウンター、4……記憶回路、5……ラツチ
パルス生成回路、51乃至564……ラツチ回路、
6……増巾器、7……表示器、8……走査回路、
9……掃引回路、10……送信器、11……送波
器、Z1乃至Z64……超音波受波器、P1乃至P64……
プリアンプ、M1乃至M64……混合回路、Σ……
加算回路、F……フイルター。
Fig. 1 shows an embodiment of the present invention, Fig. 2 shows an example of the directivity characteristics of a conventional transmitting/receiving beam, Fig. 3 is a diagram for explaining an overview of underwater detection, and Fig. 4 shows an example of the directional characteristics of a conventional transmitting/receiving beam. An example of the directivity characteristics of the transmitted and received beams to be implemented is shown, and FIGS. 5 and 6 show other embodiments. 1... Clock pulse source, 2... Frequency divider circuit, 3
... Counter, 4 ... Memory circuit, 5 ... Latch pulse generation circuit, 5 1 to 5 64 ... Latch circuit,
6...Amplifier, 7...Display device, 8...Scanning circuit,
9...Sweep circuit, 10...Transmitter, 11...Transmitter, Z1 to Z64 ...Ultrasonic receiver, P1 to P64 ...
Preamplifier, M 1 to M 64 ... Mixed circuit, Σ...
Addition circuit, F...filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 n桁の2進数で構成される記憶データを各記
憶番地から順に読み出して該記憶データの各桁の
2進値変化から矩形波列を各桁毎に生成すること
によりn相の矩形波列を生成し、さらに、該記憶
回路の記憶番地の読出し範囲を変化させることに
よにより該n相の矩形波列の位相関係を変化さ
せ、該n相の矩形波列とn個の超音波振動子の受
波信号との各々対応するものを混合して、該混合
信号を互いに加算して合成した合成信号から特定
の周波信号を抽出して特定方向に指向性を有する
超音波の受波を行なうことにおいて、 上記記憶回路の記憶番地のあらかじめ定めた読
出し範囲の記憶データを読出して生成されるn相
の矩形波は、上記抽出信号の指向特性が超音波信
号を受波すべき特定の一方向に指向性を有し、か
つ、あらかじめ定めた特定方向に対する受波感度
が最も抑圧され、さらに、上記記憶回路の記憶番
地の読出し範囲を変化する毎に上記超音波信号を
受波すべき指向方向が変化するようにn相矩形波
の位相関係が保たれるごとく各記憶番地の記憶デ
ータが書込まれてなる広範囲角水中探知装置に用
いる指向性ビーム形成方法。 2 n桁の2進数で構成される記憶データを各記
憶番地から順に読み出して該記憶データの各桁の
2進値変化から矩形波列を各桁毎に生成すること
によりn相の矩形波列を生成し、さらに、該記憶
回路の記憶番地の読出し範囲を変化させることに
より該n相の矩形波列の位相関係を変化させ、該
n相の矩形波列を用いてn個の超音波振動子を励
振して該n個の超音波振動子の合成出力を利用し
て特定方向に指向性を有する超音波の送波を行な
うことにおいて、 上記記憶回路の記憶番地のあらかじめ定めた読
出し範囲の記憶データを読出して生成されるn相
の矩形波は、上記超音波を送波する合成指向特性
が超音波信号を送波すべき特定の一方向に指向性
を有し、かつ、あらかじめ定めた特定方向に対す
る送波出力が最も抑圧され、さらに、上記記憶回
路の記憶番地の読出し範囲を変化する毎に上記超
音波信号を送波すべき指向方向が変化するように
n相矩形波の位相関係が保たれるごとく各記憶番
地の記憶データが書込まれてなる広範囲角水中探
知装置に用いる指向性ビームの形成方法。
[Claims] 1. By sequentially reading stored data consisting of n-digit binary numbers from each memory address and generating a rectangular wave train for each digit from the binary value change of each digit of the stored data. An n-phase rectangular wave train is generated, and the phase relationship between the n-phase rectangular wave train and the n-phase rectangular wave train is changed by changing the read range of the memory address of the memory circuit. A specific frequency signal is extracted from the synthesized signal by mixing corresponding received signals of n ultrasonic transducers and adding the mixed signals to each other to have directivity in a specific direction. When receiving ultrasonic waves, the n-phase rectangular wave generated by reading the stored data in a predetermined read range of the memory address of the memory circuit has a directional characteristic of the extracted signal that is set to receive the ultrasonic signal. The ultrasonic signal has directivity in one specific direction in which the wave should be transmitted, and the receiving sensitivity in a predetermined specific direction is suppressed the most, and furthermore, each time the readout range of the memory address of the memory circuit is changed, the ultrasonic signal A directional beam forming method used in a wide-angle underwater detection device in which memory data at each memory address is written so that the phase relationship of n-phase rectangular waves is maintained so that the directional direction in which the waves are received changes. 2. An n-phase rectangular wave train is generated by sequentially reading the stored data consisting of n-digit binary numbers from each memory address and generating a rectangular wave train for each digit from the binary value change of each digit of the stored data. Furthermore, the phase relationship of the n-phase rectangular wave train is changed by changing the read range of the memory address of the memory circuit, and n ultrasonic vibrations are generated using the n-phase rectangular wave train. In transmitting ultrasonic waves having directivity in a specific direction by exciting the n ultrasonic transducers and using the combined output of the n ultrasonic transducers, The n-phase rectangular wave generated by reading the stored data has a composite directional characteristic for transmitting the ultrasonic wave having directivity in one specific direction in which the ultrasonic signal should be transmitted, and a predetermined direction. The phase relationship of the n-phase rectangular waves is such that the transmitted wave output in a specific direction is suppressed the most, and furthermore, the directional direction in which the ultrasonic signal should be transmitted changes every time the readout range of the memory address of the memory circuit is changed. A method for forming a directional beam used in a wide-angle underwater detection device in which memory data at each memory address is written so as to maintain the same.
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JP2585227Y2 (en) * 1993-05-06 1998-11-18 株式会社光電製作所 Multi-channel pulse phase control circuit
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WO2014199758A1 (en) * 2013-06-11 2014-12-18 古野電気株式会社 Doppler shift frequency measuring device and tidal current meter equipped with same

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