JPS5843707B2 - 反響測深機の受波装置の指向性を改善する方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、受波基準面と垂直な方向に最大受波感度を有
し、該受波基準面には複数個の変換器が受波方向に向け
られて配置されており、水中送波器の一定の送波周波数
に相応する周波数を有する変換器受波信号から別の信号
を導出し、該別の信号を乗算処理するようにした反響測
深機の受波装置の指向性を改善する方法に関する。

反響測深技術では通常反響測深機の受波装置（受波器群
）が使用される。

この受波装置は僅かな数の変換器だけから構成されそれ
設備かな空間的拡がりしか有しない。

しかしこの装置は、主ローブの幅が広くまた副ローブの
利得が大きい望ましくない指向性を有する。

主ローブの幅が太きいため入射する反射信号の正確な方
向の検出が阻げられ、また副ローブの利得が著しく大き
いため方向検出を著しく誤ることがある。

ドイツ連邦共和国特許公開公報第２３４７７３２号明細
書記載の方法では、反響測深機の受波装置の指向性が変
換器の受信信号の乗算操作により改善されている。

しかしこの方法は、所定の間隔で配置した変換器の対を
有する、特別に構成された受波装置を用いて、実施され
る。

そのため、変換器が面に配置された反響測深機の受波装
置の指向性を、変換器の任意の個数および配置により、
改善するには適していない。

それ数本発明の課題は、変換器の個数および配置を何ら
変更することなく、複数個の変換器を備えた、変換器が
面に配置された反響測深機の受波装置の指向性を改善す
る方法および装置を提案することである。

上記課題は本発明によれば次のようにして解決される。

即ち受信信号から、該受信信号の周波数よりも高い周波
数の出力信号および低い周波数の出力信号を形成し、前
記受信信号を加算して第１拝信号を形威し、かつ同じ周
波数を有する前記の各出力信号をそれぞれ加算して別の
群信号を形威し、乗算処理において少くとも２回群信号
を乗算する場合、第１拝信号を、一方では高い周波数の
群信号と乗算し他方では低い周波数の群信号と乗算し、
さらに前記の各乗算から形成した積どうしを少くとも１
回乗算するようにしたのである。

このためには受信信号の周波数だけを必要とし振幅によ
る情報は必要としない。

そのため本発明の方法では変換器の受信信号は、周波数
が等しく振幅一定の方形パルス列へ変換される。

その結果一方では変換器の個々の感度差とは無関係にす
ることができ、他方では方形のパルス列から同じく方形
の出力信号を形成する方が、正弦波の受信信号から出力
信号を形成するよりも、技術的には一層容易に実現でき
るようになる。

群信号は、その周波数に依存して、異なる指向性を有す
る。

全変換器の受信信号が加算されると、その結果形成され
たこの群信号は反響測深機の受波装置の反射信号となり
、この反響測深機の受波装置の構造にもとづく所定の指
向性を示す。

より低い周波数の群信号は幅の広い主ローブを有する指
向性を示し、より高い周波数の群信号は幅の狭い主ロー
ブを有する指向性を示す。

それ数群信号の乗算は異なる指向性の乗算に相応する。

群信号によって形成される指向性の、反響測深機の受波
装置の指向性と関連づけての決定は全変換器の受信信号
から同一周波数の出力信号を形成した場合だけ、すなわ
ち群信号の周波数だけを群信号の指向性に対する尺度と
した場合だけ、である。

本発明の方法を実施する回路装置は、送信周波数の２倍
および％倍の周波数の出力信号を形成する。

この場合信号形成器としては簡単なマルチバイブレーク
が用いられる。

この場合変換器の受信信号から送信周波数の％の周波数
の出力信号を形成するためには、ダイナミック入力端を
有する双安定マルチバイブレークが用いられる。

送信周波数の２倍の周波数の出力信号の形成のためには
、直列に接続された２つの単安定マルチバイブレークか
ら成るマルチバイブレークが用いられる。

この場合一方のマルチバイブレークにはＮＯＴゲートが
前置接続され、さらに両マルチバイブレークの出力側は
このマルチバイブレーク回路の出力側素子としてのＮＡ
ＮＤゲートへ接続される。

同一周波数の複数個の出力信号は加算されて群信号とな
り、この場合後置接続された帯域ろ波器は方形パルスの
加算の結果生じた不所望の周波数成分を除去する。

変換器の受信信号は加算されて送信周波数と等しい周波
数の１つの群信号となり、この群信号が反響測深機の受
波装置の第１拝信号である反射信号となる。

各２つの群信号は乗算器に加えられ、この場合反射信号
と送信周波数のＨの周波数の群信号との乗算すると、副
ローブの減衰した反響測深機の受波装置の指向性が形成
される。

また反射信号と送信周波数の２倍の周波数の群信号との
乗算により生ずる指向性は、主ローブの指向性が著しく
鋭くなるが副ローブの利得が大きくなる。

上述の２つの積を乗算すると、主ローブの指向性が著し
く鋭くさらに副ローブの利得が著しく減衰した指向性が
、得られる。

この指向性は反響測深機の受波装置に対して所望のもの
であり有利に使用できる。

本発明により反響測深機の受波装置の指向性を改善する
方法が提案される。

この方法では反響測深機の受波装置を特別に構成する必
要がなく、シたがって現在既に使用されている、変換器
が面に配置された反響測深機の受波装置にも接続するこ
とができる。

次に本発明の方法とその装置の実施例を図面を用いて詳
述する。

第１図で示すように反響測深機の受波装置は、１つの面
に配置された４つの変換器１〜４から、構成されている
。

変換器１〜４には回路段５〜８が後置接続されている。

これらの回路段は、変換器１〜４の受信信号を周波数が
等しく振幅一定の方形パルス列へ変換するための極めて
小さいスイッチ限界値を有する。

回路段５〜８は、帯域フィルタ１０の後置接続されてい
る加算器９へ、接続されている。

帯域フィルタの中心周波数ｆｍは、使用する水中送波器
（図示してない）の周波数ｆと等しい。

帯域フィルタ１０の出力信号は反射信号Ｅとしてこの反
響測深機の受波装置指向性をあられす。

第２図にこの指向性を示す。

この図かられかることは、その振幅は反響測深機の受波
装置の面上の垂線に対する入射角θに依存して変化する
こと、主ローブの幅がかなり広いこと、および第１０−
ブは僅か１０ ｄｂ Ｌか減衰していないことである。

回路段５〜８には、マルチバイブレーク段１１〜１４と
１５〜１８とが、後置接続されている。

この場合マルチバイブレーク段１１〜１４は第５図に示
すように、ダイナミック入力端３２を有する双安定マル
チバイブレーク３１から構成されている。

双安定マルチバイブレーク３１はその人力信号ａ（第７
図参照）のオン／オフの各サイクル毎に動作が反転し、
周波数ｆの信号ａから周波数ｆ／２の出力信号すが形成
される。

マルチバイブレーク段１１〜１４は加算器１９と接続さ
れている。

この加算器には、中心周波数がｆ／２の帯域フィルタ２
０が後置接続されその出力信号が第１拝信号Ｇ１となる
。

群信号Ｇ１は第２図に示すような指向性を有し、その主
ローブの幅は反射信号Ｅの主ローブの幅の２倍であり、
副ローブは著しく減衰している。

マルチバイブレーク１５〜１８は第６図に示すように、
２つの単安定マルチバイブレーク３３゜３４を有する。

この場合マルチバイブレーク３４にはＮＯＴゲート３５
が前置接続され、さらに両車安定マルチバイブレーク３
３，３４の出力側ハＭＡＮＤゲート３６を介してまとめ
られ、このＮＡＮＤゲ゛−トの出力側がマルチバイブレ
ーク１５〜１８の出力側となる。

単安定マルチバイブレーク３３は人力信号ａのオン／オ
フの各サイクル毎にトリガされる。

また単安定マルチバイブレーク３４は、人力信号ａが前
置接続されたＮＯＴゲート３５により反転されて加わる
たびにトリガされる。

両車安定マルチバイブレーク３３．３４は、人力信号ａ
の方形パルスの持続時間の正確にＨの時間後に反転する
ように、構成されている。

そのため両マルチバイブレークはそれぞれパルスｃ、ｄ
を形成し、両パルスはＮＡＮＤゲート３６で１つまとめ
られ、周波数２ｆの１つのパルス列として送出される。

マルチバイブレーク１５〜１８は加算器２１へ接続され
ている。

この加算器には中心周波数２ｆの帯域フィルタ２２が接
続され、この帯域フィルタの出力信号が第３拝信号Ｇ２
となる。

この第３拝信号Ｇ２は第３図に示すように幅の狭い主ロ
ーブと多くの副ローブとを有する。

反射信号Ｅは整流器２５を経て乗算器２６へ接続され、
この乗算器のもう１方の入力端へは第２拝信号Ｇ１が供
給される。

乗算器２６の出力信号Ｓ１は、振幅Ｏｄｂを１の長さと
した図表で示されているように、著しく減衰した副ロー
ブを有する指向性を示す（第２図参照）。

群信号Ｇ２は整流器２７を経て第２乗算器２８の入力端
へ加えられる。

この第２乗算器のもう１方の入力端へは反射信号Ｅが供
給される。

乗算器２８の出力側の出力信号Ｓ２は、幅の狭い主ロー
ブと減衰した副ローブとを有する指向性を示す（第３図
参照）。

乗算器２６，２８には第３乗算器２９が後置接続されて
いる。

この場合乗算器２８と２９との間には整流器３０が接続
されている。

乗算器２９の出力側の出力信号Ｓ３は第４図に示すよう
に、幅の狭い主ローブと著しく減衰した副ローブとを有
する指向性を示す。

前述のように本発明においては受波装置の指向性を、周
波数の選定によるのではなく、群信号の乗算により改善
する。

即ちまず群信号の乗算により２つの指向性Ｓ１．Ｓ２を
形成し、次にこの２つの指向性どうしを乗算することに
より、改善している。

即ちまず複数個の変換器の受波信号を加算して第１拝信
号Ｅを形成する。

これにより得られる指向性は、変換器の配置および個数
に依存する。

即ち指向性の主ローブの幅は変換器の空間配置の間隔に
、副ローブは受波装置における変換器の個数に依存する
。

反響測深機の受波装置の受波面は通常は決して広い空間
的波がりを有していないため、指向性は、不所望の幅の
広い主ローブを有している。

この指向性を次のようにして改善する。まず変換器の受
波信号を、これよりも高い周波数の信号および低い周波
数の信号にそれぞれ変換する。

即ち一方では変換器の複数個の受波信号を同じ値の低い
周波数に変換し加算して第２拝信号Ｇ１を形成する。

このＧ１は第２図に示されているように著しく幅の広い
主ローブを有する。

他方複数個の変換器の受波信号をこれよりも高い周波数
の信号に変換し加算して第３拝信号Ｇ２を形成する。

このＧ２は第３図に示されているように、指向性におい
て主ローブの幅が減少されている。

これらの２つの群信号Ｇｌ、Ｇ２は、第１拝信号Ｅとの
乗算に対する被乗数となる。

第１拝信号Ｅと第２拝信号Ｇ１とを乗算して副ローブを
良好に減衰した指向性を、第２図に示したように形成す
る。

しかしこの場合主ローブはまだ幅の広い指向性を有して
いる。

この幅の広さはさらに次のようにして２つのステップで
改善する。

第１拝信号Ｅを第３拝信号Ｇ２と乗算して、主ローブの
幅の狭くされた指向性を第３図のように形成する。

この指向性は、信号Ｓ２で示されているように複数個の
ローブを有する。

そこで次の乗算段階において、前記の２つの指向特性Ｓ
１と８２とを乗算する。

その結果、主ローブの幅の鋭くされたかつ副ローブの著
しく減衰した指向特性を、第４図において８３で示され
ているように形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施する回路装置のブロッ
ク図、第２図は反射信号の指向性と、この反射信号の％
の周波数を有する群信号の指向性と、両４信号の積の信
号の指向性とをそれぞれ示した図、第３図は反射信号と
、この反射信号の２倍の周波数を有する群信号と、これ
ら両信号の積の信号との各指向性を示す図、第４図は第
２図および第３図に示した積の信号と、さらにこれら両
信号の積から形成される信号との指向性をそれぞれ示す
図、第５図は第１図のブロック図に示された周波数ｆ／
２の出力信号を形成するマルチバイブレーク、第６図は
第１図のブロック図に示された周波数２１の出力信号を
形成するマルチバイブレーク、第７図は第５図と第６図
のマルチバイブレークの入力端および出力側の信号列を
示す波形図である。 １〜４・・・変換器、５〜８・・・回路段、１１〜１８
・・・マルチバイブレーク段、９，１９，２１・・・加
算器、１０，２０，２２・・・帯域フィルタ、２５゜２
７．３０・・・整流器、２６，２８，２９・・・乗算器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 受波基準面と垂直な方向に最大受波感度を有し、該
   受波基準面には複数個の変換器が受波方向に向けられて
   配置されており、水中送波器の一定の送波周波数に相応
   する周波数を有する変換器受波信号から別の信号を導出
   し、該別の信号を乗算処理するようにした反響測深機の
   受波装置の指向性を改善する方法において、受信信号か
   ら、該受信信号の周波数ｆよりも高い周波数２ｆの出力
   信号および低い周波数ｆ／２の出力信号を形成し、前記
   受信信号を加算して第１拝信号Ｅを形成し、かつ同じ周
   波数（２ｆまたはｆ／２）を有する前記の各出力信号を
   それぞれ加算して別の群信号（Ｇ２またはＧ１ ）を形
   成し、乗算処理において少くとも２回群信号（Ｅ 、Ｇ
   ｌまたはＥ 、 Ｇ２ ）を乗算する場合、第１拝信号
   Ｅを、一方では高い周波数２ｆの群信号Ｇ２と乗算し他
   方では低い周波数ｆ／２の群信号Ｇ１と乗算し、さらに
   前記の各乗算から形成した積Ｓ１，８２どうじを少くと
   も１回乗算するようにしたことを特徴とする反響測深機
   の受波装置の指向性を改善する方法。 ２ 変換器の受信信号を周波数が等しく振幅一定の方形
   波パルス列へ変換する特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３ 各変換器１〜４には極めて小さいスイッチ限界値を
   有する回路段５〜８が後置接続され、該回路段の出力側
   は第１加算器９へ接続され、該加算器には送信周波数ｆ
   を中心周波数とする帯域フィルタ１０が後置接続され、
   該フィルタの出力信号を受信信号から形成される群信号
   としての反射信号Ｅとし、該回路段５〜８には信号形成
   器（マルチバイブレーク１１〜１８）が後置接続され、
   該信号形成器のうちの第１のものは送信周波数の％の周
   波数の出力信号を形成し、第２のものは２倍の周波数の
   出力信号を形成し、前記第１の信号形成器（マルチバイ
   ブレーク１１〜１４）は第２加算器１９を経て中心周波
   数が送信周波数・の％である第２帯域フイルタ２０と接
   続され、該第２帯域フイルタの出力信号が第１拝信号Ｇ
   １となり、および第２の信号形成器（マルチバイブレー
   ク１５〜１８）は第３加算器２１を経て中心周波数が送
   信周波数の２倍である第３帯域フイルタ２２と接続され
   、該第３帯域フイルタの出力信号が第２拝信号Ｇ２とな
   り、および乗算器２６．２８，２９が設けられ、第１乗
   算器２６の入力信号を反射信号Ｅと第１拝信号Ｇ１とし
   、第２乗算器２８の人力信号を反射信号Ｅと第２拝信号
   Ｇ２とし、第３乗算器２９の人力信号を前記両乗算器２
   ６ 、２８の出力信号とすることを特徴とする反響測深
   機の受波装置の指向性改善装置。 ４ 送信周波数の％倍の周波数の出力信号を形成する信
   号形成器（マルチバイブレーク１１〜１４）を、ダイナ
   ミック入力端３２を有する双安定マルチバイブレーク３
   １から構成した特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 送信周波数の２倍の周波数の出力信号を形成する信
   号形成器（マルチバイブレーク１５〜１８）を並列接続
   した２つの単安定マルチバイブレーク３３．３４から構
   成し、マルチバイブレーク３４へはＮＯＴゲート３５を
   前置接続し、マルチパイプレーク３３．３４の出力側を
   ＮＡＮＤゲート３６へ接続し、該Ｎ、ＡＮＤゲートの出
   力側を前記信号形成器の出力側とする特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。