JPS5846712B2 - サイドルツキングソナ−ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般にソナー装置、特に全距離結像形のサ
イドルツキングソナー装置に関するものである。

サイドルツキングソナー装置では、これが塔載された運
搬具上の変換器が、海底のような目標区域に向って音響
エネルギーのパルスを周期的に発射する。

送信された音響エネルギーは成るビームパターンを有し
、このビームパターンの幅は乗物の進行方向で極端に狭
い。

従って、音響エネルギーの発射されたパルスは、最初海
底に当りかつ伝音区域（１ｎｓｏｎｉｆｉｅｄ ａｒｅ
ａ ）として知られる、比較的狭くて細長い区域を掃引
する。

伝音区域またはこの伝音区域にある目標で反射された音
響エネルギーは、受信変換器で受信される。

比較的狭い伝音区域から反射された音響エネルギーを受
信変換器が検出するように、受信変換器の受信ビームは
送信されたビームに似ている。

受信した音響エネルギーは処理されかつ適当な表示装置
に表示される。

パルスを送受信する毎に１本の走査線が表示装置上に生
じ、テレビのブラウン管における普通の陰極線ビームの
走査と同様な態様で海底の絵を描く。

運搬具の一側または両側へ伝音区域が掃引されると、運
搬具の進行方向の分解能は受信変換器の長さによって制
限される。

分解能を上げるために開発されたのが湾曲状のサイドル
ッキング変換器である。

湾曲状のサイドルツキング変換器では、変換器を構成す
る変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｓｅｇｍｅ−ｎｔ
ｓ ）は半径が設計高度である円弧上にあり、かつ音響
エネルギーは海底の焦線上に結像される。

しかしながら、結像形の変換器は海底から正確な高度の
所で使用されなければならない。

それは、この設計高度より高くても或は低くても結像し
なくなり、その結果表示が劣化するからである。

この設計高度に関する制限を取り除こうとする試みの中
には、電子的な結像を使用することが包含される。

電子的な結像のためには、変換素子と直列に複数の固定
遅延が導入される。

遅延は、結像がステップ状に起るように、所定の持続時
間後に回路へ導入される。

この方法は変換器を臨界的な高度からステップ状に解放
するが、遅延を回路に導入すると表示のグレイスケール
（ｇｒａｙ ５ｃａｌｅ）が周期的に変り不都合になる
。

分解能γ（一般的に伝音区域の幅）を達成するサイドル
ツキングソナー装置の最大捜索率ＳはＳ＝ＮγＣで与え
られる。

こ＼で、Ｎは一側のビームの数であり、モしてＣは水中
での音速である。

もし捜索率が所定の分解能に対して改善されるべきであ
るならば、唯一のパルスが最長距離まで走行しかつ戻っ
て来るのにか＼る時間中に幾つかのビームが形成されな
ければならない。

マルチビーム性能はまた、分解能が改善された成る捜索
率を維持することを許す。

アメリカ合衆国特許第３．７４２，４３６号に例示され
たようなマルチビーム式すイドルツキングソナー装置が
開発されたが、そのような装置は目標区域上の特定の設
計高度土埃る深度に制限される。

この発明の主目的は、サイドルッキングソナーの全距離
結像用の電子的ビーム形成装置を提供することである。

従って、この発明は、広義には、複数個の変換素子を有
し、反復する音響伝送によって伝音される目標区域から
の音響エネルギーの受信に応答して各変換素子が出力信
号を供給するように作動し得る受信変換器と、この受信
変換器を所定の初距離の所に結像し、かつ上記各伝送後
上記結像を連続的にそして電子的に変えるための信号処
理器と、を備えたサイドルツキングソナー装置、にある
。

変換素子が供給する出力信号の位相を移相するための手
段が設けられる。

これは変換素子の出力信号間のどんな相対位相差も押ち
消すためであり、そして移相は時間の経過につれて変る
。

この動作の効果は、パルスの送信後早く結像させるため
に変換器を鋭い曲率に似せ、ぞの後戻り信号が長距離か
ら到来するので曲率を時間の経過につれて減少すること
である。

変換素子によって供給される出力信号へ異なる時点で異
なる位相差を与えることにより、マルチビームを形成で
きる。

運搬具の揺首率に応じて移相を変えることにより、形成
された単一ビームまたはマルチビームは効果的に制御さ
れて揺首（垂直軸を中心にした運搬具の回転）を補償で
きる。

時間の経過について移相を変える技術の望ましい一実施
例は、複数個のミキサーへ長手方向沿いに混合信号を供
給するディジタル・シフトレジスタを設けることによっ
て構成される。

ミキサーはまた変換素子の出力信号を受ける。

ディジタル・シフトレジスタは時間の経過につれて変る
クロック周波数で制御され、かつミキサーの出力信号は
全部加算されて更に処理しかつ表示するための出力信号
となる。

以下、この発明を、添附図面に示した実施例について詳
しく説明する。

第１図は、サイドルッキングソナー装置の基本原理を示
すのに役立つ。

運搬具８に塔載されたサイドルツキングソナー変換器は
音響エネルギーのパルスを送信し、その一つのパルス９
は下記のような成るビームパターンで示される。

すなわち、音響エネルギーは、黒くぬりつぶした区域１
２で示されるような海底１０に当り、かつ右舷変換器、
左舷変換器によってそれぞれ生じられる狭くて細長い伝
音区域１４，１５を走査すなわち掃引する。

運搬具の速度および装置の設計に依存して、成る受信ビ
ームを有する同一ないし同種の変換器は、海底または海
底の目標に関する情報を含む、反射された音響エネルギ
ーを受信する。

この受信４号は処理されかつ表示される。

運搬具８が矢印の方向に航路上を進行するので、海底の
多数の隣接する区域に伝音するような多数の音響伝送が
順次起る。

伝音区域１４および１５は現在伝音中の区域を表わすが
、伝音区域１４’および１５１は以前の伝音区域を表わ
し、こ＼からの情報は既に受信されている。

すなわち、各戻り信号は情報を含み、戻り信号は集める
と目標区域の音の絵を示す。

一般に、運搬具の直下からの戻り信号は有用な情報を含
まず、従って送信変換器の電力、周波数、減衰度および
装置のパルス繰返し数のようなファクター次第で表示が
成る最短距離Ｒｍから成る最長距離ＲＭまでの目標情報
を描くように装置が構成される。

第２図は、サイドルツキフグソナー動作用の代表的な送
信変換器または受信変換器を示す。

もしλが動作周波数の水中での波長ならば、変換器２０
の長さＬはその代表的な例ではλの数百倍でありかり幅
Ｗは辛λ程度であり得る。

変換器２０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）のよう
な変換器用材料で作ることができ、かつ一般的に複数個
の変換素子２０１で構成される。

第３図では、近い範囲にビームを形成するために、変換
素子２０１は半径が設計高度である円弧２１上に配設さ
れ、海底の極端に狭い伝音区域上に結像される変換器を
提供する。

この場合の、移動方向の伝音区域の幅は変換器の長さよ
りも短い。

第４図は、直線状の変換器の一部を構成する３個の変換
素子２０−１．２０−２および２０−３を示す。

各変換素子は、音響エネルギーを送信および／または受
信するための動作面（ａｃｔｉｖ ５ｕｒ−ｆａｃｅ）
２１−１、２１−２、２１−３を含む。

動作面は、全部同一の基準電位にあり得る適当な電極手
段を有する。

他の電極手段は、それぞれ反対側の面２２−１ないし２
２−３上に置かれ、それぞれ出力リード線２３−１ない
し２３−３へ接続される。

出−１，ＩＪ−ド線は、受信モード中、動作面に当った
音響エネルギーに応答して出力信号を供給する。

第５Ａ図および第５Ｂ図は、一直線に並べられた受信変
換素子からの信号を遅延させることによって形成できる
、電子的に形成される円弧の原理を示すのに役立つ。

第５Ａ図は変換器２８の平面図であり、そして第５Ｂ図
は海底３０のような目標区域を示す立面図である。

成る時刻ｔ、において、変換器２８の変換素子からの出
力信号は、変換器２８が電子的に円弧状３２をなすよう
な態様で遅延されるとしよう。

そのような時刻に、変換器は距離Ｒ１の所に結像する。

すなわち、変換器は、海底３０の地点Ｐ１に結像するの
みならず、半径Ｒ１の垂直方向の円（その一部を３３で
示す）上の総ての点に結像する。

時刻ｔ２において、地点Ｐ２のみならず垂直方向の円３
６上の総ての点を含む距離Ｒ２の所に変換器が結像する
ように、円弧３５が形成される。

このプロセスは継続し、かつ円弧３８は時刻ｔ３での状
態を示す。

この場合、変換器は距離Ｒ３の所で、すなわち地点Ｐ３
および円３９上の総ての点で結像する。

電子的に形成された円弧は、鋭い曲率で始まって送信波
素早く結像すべきであり、その後戻り信号が長距離進行
するので時間がたつにつれて曲率を減少する。

円弧は次の関係に応じて変化する。こ＼で、Ｒは距離（
すなわち円弧の曲率の半径）であり、Ｃは水中での音の
速さであり、そしてｔは送信後の時間である。

変換器は、運搬具に対し海底までの深度とは無関係に、
距離Ｈの所から到来し得るどんな信号に対しても自動的
に結像する。

この発明の望ましい実施例では、変換素子からの出力信
号は、送信後時間の関数として連続的に増加する半径Ｒ
の円弧を電子的に形成するために、処理される。

変換器の結像を達成する信号処理器は、所定の初距離の
所で変換器を効果的に結像さし、かつこのような送信を
行なう毎にその後で結像を連続的にかつ電子的に変える
。

結像は、近い範囲が変換器の存在する場所からＬ ２／
λ（こ＼で、Ｌは変換器の長さであり、モしてλは水中
での動作波長である）までの距離とするならば、この近
い範囲にビームを形成するために必要である。

これから説明しようとする動作および回路構成を良く理
解するためには、成る種の基本原理を例示するのに役立
つ第６図を参照されたい。

第６図には、変換器４０とその中央の変換素子４２が示
されている。

中央の変換素子４２から距離ｙｉ離れた所にある変換素
子ｉは変換器の任意の変換素子を表わす。

点源Ｐから発する二つの波頭４５および４６が示されて
いる。

中央の変換素子４２での位相が正しいとしよう。

波頭４５で表わされた変換素子ｉに到達するような音響
信号は、波頭４６で表わされ中央の変換素子４２に到達
するような音響信号よりも早い時刻に点源を出るが、到
達する時刻は同時である。

変換素子ｉの出力信号と中央の変換素子４２の出力信号
との位相差は、βｉ（ラジアン）であり、そして下記の
関係によって距離ｄｉおよび水中での音響信号の波長に
依存する。

各伝音区域の音響エネルギー・パルスの伝送は多数の動
作周波数のサイクルを含む。

パルスはその伝播路中に位置するどんな物体に当っても
反射されて受信変換器へ戻って来る。

各変換素子は出力信号を供給し、その大きさと位相は特
定の変換素子までの物体の距離および特定の変換素子に
対する角位置並びに反射された信号の強さのような多数
のファクターに依存する。

振幅を表示しなければ、第１番目の変換素子からの出力
信号は、で表わせる。

こ＼で、ω３＝２πｆ５であり、β８はソナー周波数で
ある。

式（３）中のβ１は時間の関数である。

すなわち、β１は、波頭の曲率がパルス送信後に時間の
経過につれて減少するので、時間の経過にしたがって変
化する。

この発明では、変換素子からの出力信号を処理するため
に信号処理器が設けられる。

この信号処理器は、出力信号のうちの選択した出力信号
の位相を時間の関数として変更し、その後情報内容を検
出し、かつ処理された信号を表示するための回路を含む
。

基本的には第７図に示すように、送信機４８が音響エネ
ルギーのパルスを送信する毎にその少し後で、信号発生
器５０は第１番目の変換素子用の、下記の形態の混合信
号を発生する。

すなわち、 こ＼で、ω□は２πｆｍに等しく、ｆｍは混合周波数で
ある。

信号発生器５０の出力信号は、ミキサー５２−ｉの形態
の信号組合わせ回路中で第１番目の変換素子の出力信号
と組合わされる。

信号組合わせ回路５２−１の出力信号は次のとおりであ
る。

基本的には、信号発生器５０は二つのことを達成する。

各変換素子が成る位相の出力信号を供給していることを
留意すれば、信号発生器は基準の変換素子出力信号に対
する位相差を打ち消すための信号を任意の時点で供給す
る。

換言すれば、そして式（５）に関して、第１番目の変換
素子への信号発生器出力信号の位相φ１は、任意の時点
において変換素子出力信号の位相β１と実質的に等しく
される。

変換器の曲率は全距離結像を達成するために時間の経過
につれて変るようになっており、φ１もまた時間がたつ
と変る。

すなわち、各変換素子の出力信号に対し、φ１（１）は
各β１（ｔ）を追跡するようになされ、もって音響エネ
ルギーの戻り信号が最短距離と最長距離の間で到来する
場合全部の変換素子の位相差を任意の時点で事実上打ち
消す。

これを行なうための一つの構成が第８図に示されている
。

変換器５６は、一例として９個の変換素子５６−１ない
し５６−９に分けられる。

複数個の前置増幅器５８−１ないし５８−９は、それぞ
れの変換素子へ接続され、かつそれぞれの信号組合わせ
回路すなわちミキサー６０−１ないし６０−９へソナー
信号を供給する。

サイドルツキフグソナー動件のために所望されることは
、無目標の海底からの代表的な戻り信号パターンが大体
一様に現われることである。

従って、広がり、吸収および海底への射突角のせいで音
響信号の強さが減少するのを補償するために、代表的な
サイードルツキングソナー装置は一般に時間−利得変更
回路を含む。

この時間−利得変更回路は、戻り信号が存在する時間中
、指定されたカーブに従って低い値から高い値まで前置
増幅器の利得を変更する。

よって、時間−利得変更回路６２が設けられ、この時間
−利得変更回路（ＴＶＧ）６２はその出力信号を全部の
前置増幅器へ供給する。

位相を補正するために必要な信号を供給する信号発生器
５０は、複数個のタップ付き段６７ないし７０を用いる
ディジタル・シフトレジスタ６５を含む回路装置で提供
できる。

発振器７２は、第７図について説明した混合信号ω□を
発生するために設けられる。

混合信号は、制御周波数発生器７４（これは段６７ない
し７０に同時にクロックパルスを供給する）で決められ
る周波数で段を通してステップされることにより、ディ
ジタル・シフトレジスタ６５に伝送される。

変換素子出力信号のための所望の移相はタップ７７ない
し８１から選択され、発振器７２の出力はタップ７７に
よってミキサー６０−５へ供給される。

タップ７７に現われる信号から移相された信号はタップ
７８を通して両方のミキサー６〇−４および６０−６へ
印加され、別な移相信号はタップ７９，８０，８１によ
ってそれぞれミキサー６０−３および６０−７、６０−
２および６０−８．６０−１および６０−９へ供給され
る。

要求される移相は発振器７２の周波数を変えることによ
って行なわれ得るが、この実施例では制御周波数発生器
７４の周波数を時間に対して変えることにより移相が行
なわれる。

動作時、従って、各ミキサーは、中央の変換素子に対す
る位相差が除かれた出力信号を供給する。

出力信号は、加算器８５中で集合的に加算されることに
よって更に処理され、欲しない側帯波や高調波を除くた
めに帯域フィルタ（ＢＰＦ）８７へ供給される。

従って、検波器８９への帯域フィルタ８７の出力信号は
ｆ８−ｆｍである。

たゾしｆ５はソナー周波数であり、そしてｆｍは混合周
波数である。

信号の情報内容はそれから検波器８９によって表示信号
として周知の態様で記録器または表示器９０へ供給され
る。

ディジタル・シフトレジスタ６５は第９図にもう少し詳
しく示されている。

四つの段６７．６８゜６９および７０が示されている。

段６７は、１単位の遅延を信号ｆｍに与える１個のフリ
ップフロップから成る。

段６８は３単位の遅延を与える３個のフリップフロップ
から成り、段６９はタップ７９に現われる信号に５単位
の遅延を与える５個のフリツフロツプから成り、そして
段７０はタップ８０に現われる信号に７単位の遅延を与
える７個のフリップフロップから成る。

従って、集合的には、信号ｆｍに関し、タップ７８にお
ける信号は１単位遅延され、タップ７９における信号は
４単位遅延され、タップ８０における信号は９単位遅延
され、そしてタップ８１における信号は１６単位遅延さ
れる。

段６７を段１と考え、以下同様にして段６８，６９．７
０をそれぞれ段２，３゜４と考えるならば、遅延は段の
数の平方に等しい。

各フリップフロップは、クロックパルスによってステッ
プされる毎に入力信号を出力側に転送する形式のもので
ある。

第１ＯＡ図ないし第１０Ｅ図の波形は、それぞれタップ
７７ないし８１における相対出力信号を示す。

第１０Ａ図の波形は、発振器７２の出力信号であり、か
つ例えば７５キロヘルツの周波数ｆｍを有する矩形波で
あり得る。

フリップフロップは、この例では第１１図に示すように
時間がたつにつれて変る制御周波数ｆ。

でクロック化される。

音響エネルギーのパルスが時刻ＴＲで送信される毎に、
制御周波数発生器７４はクロックパルスを供給し始める
。

このクロックパルスの周波数は最長距離ＲＭからの戻り
信号が到来するような時刻まで時間の経過につれて直線
的に変り、その後プロセスは繰返される。

最長距離ＲＭのうちの初めの１０％の量情報が表示され
ないので、制御周波数発生器７４は、周波数ｆ、で始ま
りかつ最長距離ＲＭの所で最高周波数ｆ２で終る出力信
号をフリップフロップに実際供給する。

一例としてｆｌは１，２メガヘルツでよく、そしてｆ２
はｆｌの１０倍すなわち１２メガヘルツでよい。

第１０Ｂ図は段６７による１単位の遅延後の信号ｆｍを
表わし、これは第１１図の直線中の例えば２．４メガヘ
ルツの成る特定の制御周波数にある。

３単位の遅延後、信号ｆｍの波形は、第１０Ｃ図に示す
ように、第１０Ａ図の波形に対して移相されている。

段６９による５単位の遅延後の波形は第１０Ｄ図に示す
ように移相されており、かつ段７０による７単位の遅延
後の波形は第１０Ｅ図に示すとおりになる。

メガヘルツ帯のクロック周波数ｆ。

はキロヘルツ帯の混合信号ｆｍの周波数よりもはるかに
高いので、第１ＯＡ図ないし第１０Ｅ図に示された波形
は実際には制御周波数でオン・オフされるけれど、便宜
上混合信号ｆｍの丁度包絡線でオン・オフされるとしよ
う。

第１ＯＡ図ないし第１０Ｅ図の波形は、実際にはダイナ
ミック動作が行なわれる静止状態を表わす。

第１ＯＡ図ないし第１０Ｅ図の波形は第１１図の波形（
その斜傾部）中の唯一の点における相対波形のスナップ
を事実上表わすが、ｆｌからｆ２までの実際の動作を示
すには動画が必要であり、そしてこの間に波形は式（５
）のφ１（１）に比例する量だけ基準線Ｈに対して動く
。

ソナー・パルスを送信する毎にその後で、従って戻り信
号が伝音区域から到来する間クロック周波数は時間の経
過にしたがって直線的に変り、かつ第１０Ｂ図ないし第
１０Ｅ図に示した波形はソナー信号のβ、（１）の時間
変化位相打ち消しのために第１０Ａ図の波形に対して位
相が変化している。

波形間の位相差は波形の右側の基準線Ｒに関して図示さ
れる。

それは、実際には第１０Ｅ図の波形がその上方の波形す
なわち第１ＯＡ図ないし第１０Ｄ図の波形よりも早い時
点での発振器７２の出力を表わす（第１０Ｅ図以外の波
形についても同じ）からである。

音響伝送後まもなくかつ戻り信号を処理すべき時、クロ
ック周波数は比較的低く、もって問題の比較的近い区域
上に結像するために変換器５６（第８図）の最大曲率に
似る。

クロック周波数が高くなるので、変換器の円弧はその曲
率が小さくなり従って変換器は最長距離までの伝音区域
から到来し得るどんな信号に対しても自動的に結像する
。

最長の遅延はタップ８１に提供され、従ってミキサー６
０−１および６０−９に最大の移相が与えられ、かつこ
の移相は先行のタップでは徐々ｌこ減少する。

信号ｆｍがディジタル・シフトレジスタ６５を走行中に
遅延させられるべき量、従って各変換素子のために発生
された移相量は、基準の変換素子から特定の変換素子ま
での距離の関数である。

この原理は、Ｘ−Ｙ座標系中の変換器を示す第１２図お
よび第１３図に関して説明される。

そして第１４図は第６図と同様な波頭および変換素子を
示す。

理想的には、直線状の変換器９５はその総ての変換素子
を半径Ｒ（Ｒは距離である）の田土にもつべきである。

この円は、その中心が点（０゜０）にあるＸ−Ｙ座標系
中の変換器９５と接するように図示される。

円の式は次のとおり書き表わせる。

説明の都合上、変換器９５の中心が固定位置にあり、そ
して距離が動くように座標を動かす。

従って、第１３図は変換器９５がＹ軸上にありかつ中心
が点（０，０）にあるものを示す。

もし、である。

弐〇〇は、遅延量Ｘ、が時間に逆比例して変り、かつ遅
延量Ｘ１の大きさが問題の変換素子から点（０、０）す
なわち円弧が変換器に接する所までの距離Ｙの２乗に比
例することを示す。

第１４図は、中央の変換素子から距離Ｙｉの所にある、
第６図におけるのと同様な第１番目の変換素子を示す。

波頭４６は半径線上の第１番目の変換素子からｄｌの距
離にあり、かつｄ、とＸｌの間の角度が比較的小さけれ
ばｄ、は大体Ｘ１に等しい。

このＸｉは第１番目の変換素子から波頭４６までのＸ軸
沿いの距離である。

大体ｄｉに等しい第１４図のＸｉは式（１１）のＸ、で
ある。

Ｘｉが実質的にｄｉに等しいので、ｄ、に代えて式（２
）に入れると下記のように時間の関数になる。

運搬具の進行速度は、単一ビームのサイドルツキングソ
ナー装置用として、音響伝送毎にｌ伝音区域の幅に等し
くなるように制限される。

これの代表的な例は、高分解能形サイドルツキングソナ
ー装置に対し３７０Ｋｍ／時ないし５５５Ｋｍ／時程度
である。

運搬具の速度は、もし片側毎にＮ本の受信ビームが形成
されるならば、Ｎの倍数で増加し得る。

第８図について説明した技術は、変換器の中央に当るビ
ームと平行な他のビームを形成するのに利用できる。

例えば、第１５図は、変換素子９８−１ないし９８−９
から成る変換器９８を示す。

中央の変換素子９８−５に接する実線の円弧Ｂは、ビー
ムＢを形成するためのものでありかつ前述したようにし
て形成される。

他のビームは他の変換素子に当ることができ、例えば変
換素子９８−４に接する破線の円弧Ｂ１はビームＢに平
行に示されたビームＢ１と組み合う円弧である。

便宜上、ビームはその方向を規定する直線で表わされる
。

一点鎖線の円弧Ｂ′１は、ビームＢ”を形成し、かつ変
換素子９８−８に接する。

一つのビームを形成するのに要する多くの移相は他のビ
ームを形成するのに要する移相と同じであるが、移相は
異なる変換素子の丁度出力側へ与えられる。

特定のビームを形成するのに要する移相は、Ｙｉを特定
の変換素子から特定のビーム用の基準になる変換素子ま
での距離にとる場合、弐０２）から理解できる。

第８図について説明した原理を利用してマルチビームを
形成するための回路は第１６図に示されている。

こ＼に示された装置は、一例として七つのビームＢ１な
いしＢＴを発生する。

変換器１００は９個の変換素子１００−１ないし１００
−９から成り、各変換素子は伝音区域からの音響エネル
ギーの結果として成る振幅と位相の出力信号を供給する
。

この点に関し、送信変換器（図示せず）は、これらの総
ての受信ビームで見られた区域に少なくとも等しい区域
に伝音するように設計される。

七つの異なるビームが第１６図のサイドルツキングソナ
ー装置によって形成されているので、各変換素子の出力
信号は、適当に増幅された後、信号発生器１０２からの
混合信号を受ける９個のミキサーから成る７組のミキサ
ーへ並列に供給される。

しかしながら、図面を簡略にするために、そのような平
行線路はわずか４本だけ（変換素子１００−１．１００
−２，１００−５および１００−７からだけ）しか示さ
ない。

ビームＢ１を形成するために、複数個のミキサーが設け
られかつそのうちで１０４−１，１０４２．１０４−５
および１０４−７が図示される。

ビームＢ１を形成するためのこれらのミキサーおよびそ
の他のミキサー（図示せず）は第７図に示した形態をと
り、その出力信号は加算器１０６へ集合される。

加算器１０６の出力信号は、ビームＢ１によって受けら
れた情報を表示するために、前述したように処理できる
。

変換素子１００−５に集まるビームＢ４は、複数個のミ
キサー（そのうちの４個すなわち１０８１．１０８−２
，１０８−５および１０８−７を図示した）へ供給中の
変換素子出力信号によって形成される。

ビームＢ４に関連した総てのミキサーからの出力信号は
加算器１１０へ供給され、その出力信号はビームＢ４に
よって受信された情報を表示するために処理される。

同様にして、ビームＢ６用のミキサー１１２−１．１１
２−２゜１１２−５および１１２−７は変換素子から出
力信号を受け、この出力信号は信号発生器１０２からの
混合信号に組合わされる時複数の別な出力信号になる。

この別な出力信号は更に処理しかつ表示するために加算
器１１４へ供給される。

信号発生器１０２は、第８図に示したものと同様に、複
数個の段１１７ないし１２３から成るディジクル・シフ
トレジスタ１１６を含み得る。

混合信号ｆｍは発振器１２５から供給され、そしてクロ
ックパルスｆ。

は制御周波数発生器１２６から供給される。

各変換素子からの第１線路すなわちミキサー組１０４を
含む線路を調べると分るように、この構成はビームが変
換素子１００−２に集中する以外第８図の構成と全く同
じである。

これは、変換素子１００−５に集中するビームＢ４に関
連したミキサー組１０８および変換素子１００−７に集
中するビームＢ６に関連したミキサー組１１２について
も同じである。

基本的には、第８図のミキサーおよび加算器を含む線路
は第１６図では７組作られるが、一番左のミキサーは異
なる変換素子と対向する。

例えば、ビームＢ１．Ｂ４．Ｂ６とそれぞれ対向するミ
キサー１０４−２．１０８−５゜１１２−７は発振器１
２５から基準波形輻を受ける、後続のミキサーは、前述
したように時間に対して直線的に変るクロック周波数ｆ
。

の制御下で、ディジタル・シフトレジスタ１１６の段１
１７ないし１２３からの混合信号で移相された波形ｆｍ
を受ける。

従って、ミキサーは変換素子と信号発生器の両方から出
力信号を受けて複数組の出力信号を供給する。

複数組の出力信号はその各々が一組の出力信号間にどん
な位相差も実質的に有さず、そして各出力信号組は特定
のビームを表わす。

出力信号組は、複数の表示信号を得るために、加算器、
フィルタおよび検波器によって更に処理される。

静水中では、運搬具は直線の航路上を進行できる。

しかし、実際には運搬具の大きさ次第で水の動きの影響
を受ける。

すなわち、運搬具は垂直軸を中心にして水平方向の角回
転を受け、この動きは拝賀としてよく知られている。

もし運搬具が成る拝賀率で拝賀しておりかつこの動作中
音響伝送が起るならば、拝賀のために受信ビームは送信
ビームが伝音した区域で指摘されなくなる可能性がある
。

従って、受信ビームを効果的に制御して拝賀を補償する
ための手段が設けられ得る。

そのような一例が第１７図に示されており、これは単一
ビーム用のものであるが、その原理はマルチビーム用の
ものにも適用できる。

第１７図の構成部品はその半分が第８図のものと同じで
あるので同一符号で示した。

第８図ではミキサー６０−１ないし６０−９は矢の先の
形態に配置されビームが集中された変換素子を指摘した
が、第１７図では同一のミキサーが一直線上に配置され
る。

しかし、各ミキサーは、第８図におけるような変換素子
５６−１ないし５６−９の各出力信号を受けるように接
続される。

時間がたつにつれて変換器を可変結像させるために、混
合信号ｆｍを供給するための発振器７２および可変クロ
ック周波数ｆ。

を供給するための制御周波数発生器７４が含まれる。

ディジタル・シフトレジスタ１３７が設けられるが、そ
の形態は第８図に示したものと少し違う。

このディジタル・シフトレジスタ１３７は、複数個の段
１４０ないし１４３およびその各々と対をなす複数個の
段１４０１ないし１４３１を含む。

各段は、その内部に示したような遅延単位数をもつ。

拝賀が存在する間伝音区域において常に指摘されるよう
に受信ビームを自動的に制御するための手段が設けられ
る。

これを達成するために、同一の複数個の段１５０を有す
るディジタル・シフトレジスタ１４７が含まれる。

このディジタル・シフトレジスタ１４７の各段は、その
中に示したように混合信号ｆｍに対して同一の遅延量を
提示する。

段１５０はクロック源１５４から周波数ｆ。のクロック
パル／を受け、ｆ、は拝賀率で決まる。

拝賀率センサ１５６は拝賀率を検知し、次いでクロック
周波数を制御するために設けられる。

ミキサー６０−９および６０−５へ供給されるような混
合信号輻以外の混合信号は、各ミキサーへの途中で２回
（すなわち１回はビーム制御用のため、そして残りの１
回は全距離結像用のため）遅延される。

どちらの遅延も先になることができるが、第１７図は第
１遅延であるようなビーム制御用のディジタル・シフト
レジスタを示す。

これは、第１７図の構成では、全部の段１５０が同一だ
からである。

今しばらくの間ビーム制御用の段１５０が無いとするな
らば、混合信号ｆｍはディジタル・シフトレジスタ１３
７の段へ印加される。

第８図に示したサイドルツキグソナー装置では、ミキサ
ー６０−５は、基準波形すなわちどんな移相も無いよう
な、発信器７２の出力信号を直接受ける。

これは第１７図のミキサー６０−５でも同じである。

第８図のミキサー６０−４と６０−６は段６７による１
単位の遅延後の混合信号を受ける。

従って、第１７図の段１４０と１４０′はそれぞれミキ
サー６０−４と６０−６へ１単位の遅延を与える。

ミキサー６０−３と６０−７への合計遅延単位は段６７
および段６８によって与えられる。

第９図から分るように累積遅延は４単位であり、従って
段１４１と１４１１は４単位の遅延をそれぞれ６〇−３
と６０−７へ与える。

合計遅延単位は前述した、ように段の数の２乗になる。

例えば第３の段１４２と１４２１は９単位の遅延を与え
、そして第４の段１４３と１４３１は１６単位の遅延を
与える。

よって、ビーム制御用のディジタル・シフトレジスタ１
４７が無ければ、サイドルツキングソナー装置は第８図
について説明したのと全く同じに作動する。

拝賀を補償するための一つの方法は、第１８図に示すよ
うに進行方向に対して成る角θに受信変換器５６を物理
的に装架することである。

こ＼で、進行方向はＹ軸にとり、かつ変換器は進行方向
に対して角θだけずれている。

たゾし、θは例えば予期される最大拝賀角の半分であり
得る。

拝賀が無ければかつ送信変換器が少しな＼め前へ送信す
るようにずらされるとすれば、変換器の正しい位置は伝
音区域からの音響エネルギーを受けるために５６１で示
すような位置にあるべきである。

この場合には、クロック源１５４は総ての段１５０へ同
時に公称正しい周波数ｆｙｎを供給できる。

段１５０によって提供される移相すなわち遅延は、形成
されるビームを、周波数ｆ、に比例する量だけ制御する
効果を有する。

制御用遅延はミキサー６〇−９へ与えられず従って変換
素子５６−９は効果的に固定したま＼であるが、最大遅
延は最終段の後でミキサー６０−１へ与えられる。

第１８図に示したものに対する第１７図の変換器の方向
は、変換素子５６−９が旋回点１６０に位置するような
ものである。

万一運搬具が成る速度で拝賀し始めるならば、受信ビー
ムがこの動きのために伝音区域を見ていない危険が存在
する。

従って、拝賀率が検知され、そしてクロック周波数はそ
の公称周波数ｆ、ｎから変更されて伝音区域へのビーム
を制御する。

周波数をその公称値から下げることによりビームは破線
の位置５６”の方へ制御されるが、逆に周波数を上げる
と物理的位置５６の方へ制御する。

段１５０は、混合周波数ｆｍを徐々に増す量だけ遅延す
なわち移相するように作動する。

それは、混合周波数ｆｍが変換素子の出力側へ印加され
るからである。

ビーム制御量はクロック源１５４の周波数に支配され、
この周波数は運搬具の拝賀率の関数である。

捜索率は、運搬具の左舷と右舷の両方に変換器を設けか
つこれらの変換器を異なる周波数で作動させることによ
り、２倍にすることができる。

この発明の信号処理器を、左舷および右舷の両舷用構成
に利用することができる。

第１９図は第８図の装置の一部を２重に設けたものであ
って、例えば運搬具の反対側で使用するための別な変換
器５６’がある。

欲しない側帯波および高調波に加えて、各ミキサーの出
力信号は変換器５６からの所望の信号ｆ８−ｆｍのみな
らず、変換器５６’からの信号ｆ８’−ｆｍをも含む。

この信号ｆ８’−ｆｍを加算器８５の出力側から取り出
すために、別な帯域フィルタ８７１が設けられ、かつ別
な検波器８９１は表示用信号を供給するために別な帯域
フィルタ８７１の出力信号を受ける。

複数個の変換器や１個の変換器を構成する複数個の変換
素子を利用するサイドルツキングソナー装置の動作時、
変換素子のレスポンスを変えて主として送信ビームまた
は受信ビームの不所望な側方への突出を低減するために
、シェーディング（ｓｈａｄｉｎｇ ）として知られる
技術が使用される。

こ＼に説明した装置では、第５Ａ図の円弧は変換素子の
長さに対応してステップ状に近似される。

この近似は、短距離では不所望なグレイティング（ｇｒ
ａｔｉｎｇ ）側方突出として知られる側方突出を起さ
せることがある。

この側方突出を低減するために、図示の変換器は小さな
変換素子に分けられ、変換素子は近距離用回路から取り
出され得るか、或は変換素子の種々の出力信号は時間の
関数として適切にシェーディングされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は目標区域の上で動作中のサイドルツキングソナ
ー装置を示す図、第２図および第３図は複数個の変換素
子で構成された２種類の変換器を示す図、第４図は数個
の変換素子をもう少し詳しく示す斜視図、第５Ａ図と第
５Ｂ図は変換器の結像をそれぞれ示す平面図と立面図、
第６図は幾つかの変換素子から成る変換器に対する波頭
の関係を例示するのに役立つ図、第７図はこの発明の動
作原理を説明するための信号処理器のブロック図、第８
図は単一ビームを形成するための、この発明の望ましい
一実施例の回路略図、第９図は第８図中のディジタル・
シフトレジスタのもう少し詳しいブロック図、第１ＯＡ
図ないし第１０Ｅ図は第９図に示したディジタル・シフ
トレジスタの各タップにおける波形を示す図、第１１図
は第８図の制御周波数発生器の波形を示す図、第１２図
は座標系中の変換器を示す図、第１３図は座標をずらし
た、第１２図と同様な図、第１４図はこ＼で利用される
成る項目を規定するのに役立ちかつ成る変換素子に関す
る波頭を示す図、第１５図はマルチビームを形成する原
理を示す図、第１６図はマルチビーム形成用の実施例を
示す回路略図、第１７図は拝賀補償用の実施例を示す回
路略図、第１８図は拝賀の補償を説明するための図、第
１９図は左舷および右舷の両舷用の変換器を使用した実
施例の回路略図である。 第１図において１４および１５は伝音区域、第８図にお
いて５０は送信発生器、５６は変換器、５６−１ないし
５６−９は変換素子特に５６−５は基準になる変換素子
、６０−１ないし６０−９は信号組合わせ回路、６２は
時間−利得変更回路、６５はディジタル・シフトレジス
タ、７２は発振器、７４は制御周波数発生器、８５は加
算器、８７は帯域フィルタ、第１６図において１００は
変換器、１００−１ないし１００−９は変換素子、１０
２は信号発生器、１０４−１，１０４−２゜１０４−５
および１０４−７と１０８−１，１０８−２，１０８−
５および１０８−７と１１２−１゜１１２−２，１１２
−５および１１２−７は信号組合わせ回路の組、１０６
，１１０および１１４は加算器、１１６はディジタル・
シフトレジスタ、１２５は発振器、１２６は制御周波数
発生器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互に隣接して一直線に並べられた多数の変換素子を
   有し、反復する音響伝送によって伝音される目標区域か
   らの音響エネルギーの受信に応答して各変換素子が出力
   信号を供給するように作動し得る受信変換器と、 上記多数の変換素子へ接続した諸増巾回路と、これらの
   増幅回路からの異なる信号を異なる量たけ遅延するよう
   に接続した諸遅延回路と、これらの遅延回路へ接続した
   多数の信号組合わせ回路と、 上記遅延回路へ接続されてその異なる遅延を制御するた
   めの制御回路装置と、 この制御回路装置へ接続され、最初は最短距離に結像す
   るがその後は前記結像を連続的に変えて最長距離に結像
   するように、受信中上記遅延回路の異なる遅延を変える
   ための遅延変更回路装置と、を備え、 上記制御回路装置は、上記変換素子によって発生された
   出力信号の遅延間に所定の相関々係を生じるようにも上
   記遅延回路を制御し、もって所望の受信帯沿いに前記距
   離を変え、上記受信帯が上記受信変換器Ｉと対して一定
   の幾何学的関係を持ち、上記多数の信号組合わせ回路は
   、異なる遅延が異なる遅延回路によって提供されるよう
   に上記遅延回路へ接続され、そして結像時の一連の受信
   帯が互に並列配置されるようにこれらの受信帯を提供す
   るために、各変換素子から各信号組合わせ回路への信号
   の異なる遅延を提供する能力を更に与える、 運搬具に塔載されるべきサイドルツキングソナー装置。