JPH06123771A - 送波ビーム幅可変超音波探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最大探知距離の選択切替えに連動して、最大
探知距離が短いときは送受波ビーム幅を広くし、最大探
知距離が大きくなるにつれて送受波ビーム幅を狭くする
ように変えることを目的とする。 【構成】 送受波器４の各振動子４−１〜４−Ｎに対応
する移相手段（ＲＯＭ１−１〜同１−Ｎ及びロード信号
発生回路７）へ、位相制御手段（アドレス部５）から、
選択された最大探知距離に対応した位相制御信号を送
り、送信信号発生手段（送信制御器８、基準クロック発
生回路６及びプリセッタブルカウンタ２−１〜２−Ｎ）
から出力される各信号の位相をそれぞれ制御してビーム
幅を定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波探知装置の送波
ビームのビーム幅を選択された最大探知距離に応じて変
えることにより探知性能および探知範囲を向上拡大する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】魚群探知用ソナーやアクティブソナー等
の超音波探知装置は水中へ音波を送波し、魚群その他の
反射物体（目標ともいう）からの反射音を受波して記録
機やＣＲＴ表示装置に表示することにより反射物を探知
し、その反射物までの距離や方位を知るものである。そ
して、通常、記録機や表示装置に表示させる最大探知距
離を例えば１００ｍ、２００ｍ、４００ｍ、８００ｍと
いうように何段階かに切り替えられるようになってい
る。そして、探知したい距離に応じて切り替え選択して
いる。

【０００３】例えば最大探知距離１００ｍを選択すると
いうことは１００ｍ以内の近距離の情報が必要で１００
ｍ以上遠方の情報は不要な場合である。これに対して、
最大探知距離８００ｍを選択するのは最大探知距離を４
００ｍとしたのでは見えない４００ｍを越え８００ｍま
での目標情報を得たい場合である。最大探知距離はこの
ように観測したい目標の距離に応じて選択される。しか
るに、従来の超音波探知装置では最大探知距離を選択し
ても送波ビームのビーム幅は一定の幅に固定されたもの
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、送受波器へ入力される送信電力が同じとすればビー
ム幅が狭い程音波エネルギーが狭い角度範囲に集中し、
指向方向での音圧レベルが高くなるので遠方の目標物か
らの反射レベルも高くなり遠方の目標の探知に適してい
る。なお、ビーム幅が狭くとも遠方ではビーム照射面積
は大きくなるのでビームの照射空間は充分に得られる。

【０００５】これに対してビーム幅が広くなると音波エ
ネルギーは広い角度範囲に分散されるためビーム幅内の
各方向における音圧レベルは相対的に低くなる。従って
近距離の目標が探知の対象となる。なお、ビーム幅が広
いので近距離でもビーム照射面積が大きくビームの照射
空間は充分に得られる。

【０００６】このように、遠距離目標を探知するにはビ
ーム幅は狭い方が適しており、近距離目標の探知には広
いビーム幅が適しているにもかかわらず従来はビーム幅
が探知目標の遠近にかかわらず一定であったため、以下
のような問題があった。

【０００７】即ち、狭いビーム幅の場合、遠方探知には
適しているが近距離では当然のことながらビーム照射面
積が小さく遠距離ではビーム幅から外れない移動距離で
あっても近距離ではビーム幅から外れ探知洩れが生じ易
い。これに対して広いビーム幅にした場合は近距離の目
標は広角度範囲で探知できるが遠距離の目標の探知が困
難になる。また、中間のビーム幅では広狭両者の利点欠
点が混在するということになるという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、
選択した最大探知距離に応じてビーム幅を変えるように
し、最大探知距離が短いときにはビーム幅を広くし、最
大探知距離が長くなるにつれてビーム幅を狭くすること
により、選択した最大探知距離に適したビーム幅で目標
探知を行う超音波探知装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために次の手段構成を有する。即ち、本発明の
送波ビーム幅可変超音波探知装置は、複数個の振動子を
配列してなる送受波器と； 最大探知距離選択手段と；
選択された最大探知距離に対応した送信時間と送信周
期を有するパルス状の送信信号を発生する送信信号発生
手段と； 選択された最大探知距離に対応した位相制御
信号を発生する位相制御手段と； 前記送受波器の各振
動子へ供給される各送信信号それぞれの位相を位相制御
信号に基づいて個別に移相させる移相手段と； を具備
することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】以下、上記手段構成を有する本発明の送波ビー
ム幅可変超音波探知装置の作用を説明する。まず、複数
個の振動子が配列された送受波器の各振動子の励振位相
を同相の状態から異ならせることにより送波の主ビーム
のビーム幅を変えることができることを例を用いて説明
する。

【００１１】図２はＮ個の振動子４−１〜同４−Ｎが直
線的に配列された送受波器において狭いビーム幅のビー
ムおよび広いビーム幅のビーム形成説明図である。今各
振動子を励振する送信信号が同相であれば各振動子から
送波される音波の位相は振動子の配列に沿った面Ｂ_n で
揃うことになり最も狭い送波ビームが得られる。これに
対して、半径Ｒ₁ の円と各振動子との間の距離ｌ_i(ｉ＝
１，２，…，ｎ）に相当する位相量だけ各励振信号の位
相を進めると各振動子から送波される音波の位相は半径
Ｒ₁ の円に沿った面Ｂ_w で揃うことになり恰も各振動子
がこの円周上に配列されているのと同じようになり送波
ビームの幅は広がる。

【００１２】そして、更に小さい半径Ｒ₂ の円と各振動
子との間の距離ｌ_i′ (ｉ＝１，２，…，ｎ）に相当す
る位相量だけ各励振信号の位相を進めると、前述と同様
に各振動子が半径Ｒ₂ の円周上に配列されているのと同
じようになり、半径が小さくなった分だけ送波ビームの
ビーム幅は更に広くなる。従って、各振動子への励振信
号の位相を半径に応じて設定することにより送波ビーム
のビーム幅を変えることができる。

【００１３】本発明装置においては移相手段が各振動子
へ供給される励振信号それぞれの位相を個別に移相でき
るようになっており、移相手段は位相制御手段からの位
相制御信号により、移相する位相量が制御されるように
なっている。

【００１４】即ち、本発明装置においては最大探知距離
選択手段が設けられており、これにより最大探知距離が
選択されると、送信信号発生手段は選択された最大探知
距離に応じた送信時間と送信繰り返し周期（単に送信周
期ともいう）でパルス状の超音波周波数送信信号を発生
する。一方位相制御手段も、選択された最大探知距離に
対応して予め設定されているビーム幅の送波ビームを形
成するのに必要な移相を行わせるための位相制御信号を
発生出力する。移相手段はこの位相制御信号を受けて各
振動子へ供給する送信信号（励振信号ともいう）の位相
を個別に移相する。その結果、選択された最大探知距離
に対して予め設定されたビーム幅の送波ビームを形成す
ることができる。

【００１５】従って、位相制御手段が発生する位相制御
信号を、選択される最大探知距離が短くなるにつれて広
いビーム幅を形成するように予め設定しておくことによ
り、目的を達成することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の送波ビーム幅可変超音波探知
装置の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明
装置の実施例の構成を示す図である。２−１〜２−Ｎは
フリップフロップが８段カスケードに接続された８ビッ
トのプリセッタブルカウンタであり、基準クロック発生
回路６から基準クロックを受けこれを計数し最上位ビッ
トのフリップフロップの出力を送信増幅器３−１〜３−
Ｎへ出力している。即ち、基準クロック周波数の２５６
分の１の周波数の矩形波信号が出力され、送信増幅器へ
送られそこで高調波成分が除去され正弦波となって送信
レベル迄増幅され送受波器４の励振信号として用いられ
る。

【００１７】一方、プリセッタブルカウンタは各段のフ
リップフロップを“０”又は“１”にプリセットするこ
とによりその状態までは計数動作が既に済んだものとす
ることができるので基準クロックの計数動作はその状態
から始まることになる。例えば、全ビットのフリップフ
ロップが最初“０”であれば最上位ビット即ち８桁目の
フリップフロップは、基本クロックを第１発目から第１
２８発目を計数するまでは“０”であり、第１２９発目
から２５６発を計数する間は“１”となる。そして、第
２５７発目からは第１発目からと同様の動作を繰り返す
ことになる。

【００１８】これに対して、例えば第１桁から第５桁ま
でのフリップフロップを“１”にプリセットし、第６桁
から第８桁までのフリップフロップを“０”にプリセッ
トするとカウンタは３２発目までの計数を完了している
状態となっているので基準クロック発生回路６からの第
１発目は３３発目に相当する。従って、カウンタの最上
位ビットが“０”であるのは１２８から３２を引いた９
６発目までで９７発目から２２４発目までが“１”とな
る。以後、１２８発毎に“０”、“１”を繰り返す。

【００１９】また、第１桁から第６桁まで“１”にプリ
セットし、第７桁、第８桁を“０”にプリセットすると
カウンタは６４発目までの計数を完了している状態とな
っているので基準クロック発生回路６からの第１発は６
５発目に相当する。従ってカウンタの最上位ビットが
“０”であるのは１２８から６４を引いた６４発目まで
であって、６５発目から１９２発までが“１”となる。
以後１２８発毎に“０”と“１”を繰り返す。

【００２０】以上の関係を図示すると図３のようにな
る。即ち、プリセットによって最上位ビット（ＭＳＢ）
のフリップフロップの出力矩形波の位相を任意に進ませ
ることができる。図１のＲＯＭ１−１〜ＲＯＭ１−Ｎは
各プリセッタブルカウンタのプリセット値を記憶させて
おく記憶手段である。ＲＯＭ７−１〜同７−Ｎには最大
探知距離が短くなるにつれビーム幅が広くなるよう複数
段階の最大探知距離のそれぞれに応じたビーム幅に対応
する移相量のデータが記憶されておりそれぞれにアドレ
スが付与されている。

【００２１】最大探知距離選択手段であるレンジ切替器
９に対する操作によって複数段階のうちの或る最大探知
距離が選択されると、その選択信号は送信制御器８とア
ドレス部５へ送られる。送信制御器８は選択された最大
探知距離に対して予め定められている送信時間と送信周
期で各プリセッタブルカウンタを動作させるパルス状の
送信制御信号を各プリセッタブルカウンタへ出力する。

【００２２】一方、アドレス部５は、レンジ切替器９か
らの選択信号により、選択された最大探知距離に対して
予め定められているビーム幅の送波ビームを形成させる
移相量データのアドレスを指定するアドレス信号をＲＯ
Ｍ１−１〜同１−Ｎへ送出する。これにより各ＲＯＭの
同一ビーム幅に対応するデータのアドレスが同時に一括
して指定されることになる。

【００２３】指定されたアドレスの各データはそれぞれ
対応するプリセッタブルカウンタ２−１〜同２−Ｎへ送
出される。そして各プリセッタブルカウンタへロード信
号発生回路７からロード信号が到来することによって各
ＲＯＭからの移相量データが各プリセッタブルカウンタ
にロード（プリセット）されることになる。ロード信号
が送出されるタイミングはプリセッタブルカウンタが計
数動作を開始する前に移相量データがロードされるタイ
ミングとなっている。

【００２４】各プリセッタブルカウンタはプリセットさ
れた状態から基準クロックを計数し始め基準クロック周
波数の２５６分の１の周波数で且つプリセット値に対応
する位相量が進んだ矩形波を送信増幅器３−１〜同３−
Ｎへ出力する。各送信増幅器においては前記矩形波の高
調波成分を除去し基本周波数の正弦波として所定の送信
レベルまで増幅した後送受波器４の振動子４−１〜同４
−Ｎへ送出する。このようにして、レンジ切替器９で最
大探知距離を長い方へ選択した切り替え選択したときに
はビーム幅が狭くなり、短い方へ切替選択したときには
ビーム幅が広くなる。

【００２５】なお、本実施例では送信制御器８、基準ク
ロック発生回路６およびプリセッタブルカウンタ２−１
〜同２−Ｎが手段構成にいう送信信号発生手段を構成
し、アドレス部５が位相制御手段に該当し、ＲＯＭ１−
１〜同１−Ｎおよびロード信号発生回路７が移相手段に
該当する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の送波ビーム
幅可変超音波探知装置は、送受波器の各振動子へ供給さ
れる励振信号の位相を移相手段と位相制御手段によって
変えることができるようになっているので、選択された
最大探知距離に応じて移相量を設定しておくことにより
ビーム幅を変えることができる。従って、最大探知距離
を長い方へ切り替え選択したときにはビーム幅が狭くな
るようにし、最大探知距離を短い方へ切り替え選択した
ときにはビーム幅が広くなるようにすることができその
結果選択した最大探知距離に適したビーム幅で目標探知
を行うことができ探知性能を向上し、探知範囲を拡大す
ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】各振動子への励振信号の位相を変えることによ
り送波ビームのビーム幅が変ることを説明する図であ
る。

【図３】プリセッタブルカウンタの出力波形図である。

【符号の説明】

１−１〜１−Ｎ ＲＯＭ ２−１〜２−Ｎ プリセッタブルカウンタ ３−１〜３−Ｎ 送信増幅器 ４ 送受波器 ４−１〜４−Ｎ 振動子 ５ アドレス部 ６ 基準クロック発生回路 ７ ロード信号発生回路 ８ 送信制御器 ９ レンジ切替器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の振動子を配列してなる送受波器
   と； 最大探知距離選択手段と； 選択された最大探知
   距離に対応した送信時間と送信周期を有するパルス状の
   送信信号を発生する送信信号発生手段と； 選択された
   最大探知距離に対応した位相制御信号を発生する位相制
   御手段と； 前記送受波器の各振動子へ供給される各送
   信信号それぞれの位相を位相制御信号に基づいて個別に
   移相させる移相手段と； を具備することを特徴とする
   送波ビーム幅可変超音波探知装置。