JPS585385B2 - Receive beamformer - Google Patents

Receive beamformer

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Publication number
JPS585385B2
JPS585385B2 JP51026051A JP2605176A JPS585385B2 JP S585385 B2 JPS585385 B2 JP S585385B2 JP 51026051 A JP51026051 A JP 51026051A JP 2605176 A JP2605176 A JP 2605176A JP S585385 B2 JPS585385 B2 JP S585385B2
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JP
Japan
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delay
amount
phase
digital
component
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JP51026051A
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Japanese (ja)
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JPS52109966A (en
Inventor
似鳥一彦
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS585385B2 publication Critical patent/JPS585385B2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341Circuits therefor
    • G10K11/346Circuits therefor using phase variation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフェーズドアレイアンテナを用いて高分解能の
映像を得る場合に必要な受信ビームフォーマ、特に焦点
距離を可変するダイナミックフォーカシングが行える受
信ビームフォーマに関し、たとえばソナー、レーダー、
超音波映像装置などに用いられるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a receiving beamformer that is necessary when obtaining high-resolution images using a phased array antenna, and particularly to a receiving beamformer that can perform dynamic focusing that changes the focal length, such as sonar, radar, etc.
This is used in ultrasound imaging devices, etc.

フェーズドアレイアンテナを用いてエコーレンジングに
より高分解能の映像を得る場合に、角度方向の分解能を
上げるためには、多素子のアレイを使用しかつ距離(す
なわち送信パルス発射時刻からの時間)の変化に対応し
て焦点距離を可変にするいわゆるダイナミックフォーカ
シングを用いることが必要となる。
When obtaining high-resolution images by echo ranging using a phased array antenna, in order to increase the resolution in the angular direction, a multi-element array is used and the distance (i.e., time from the transmission pulse emission time) changes. Correspondingly, it is necessary to use so-called dynamic focusing, which makes the focal length variable.

また、距離方向の分解能を上げるためには、短いパルス
あるいは広帯域のパルスを送信及び受信できることが必
要となる。
Furthermore, in order to increase the resolution in the distance direction, it is necessary to be able to transmit and receive short pulses or broadband pulses.

これらの要求を満足する受信ビームフォーマとして一般
に用いられるのは、第1図に示すような可変遅延線を用
いるものである。
A generally used receiving beamformer that satisfies these requirements uses a variable delay line as shown in FIG.

この図において、10、・・・、14はセンサ素子、2
1.・・・、24は前置増幅器、3□、・・・、34は
可変遅延線、4は加算器、5は出力端子、6は遅延制御
器、7はトリガ信号入力端子、9は方位信号入力端子で
ある。
In this figure, 10, . . . , 14 are sensor elements, 2
1. ..., 24 is a preamplifier, 3□, ..., 34 is a variable delay line, 4 is an adder, 5 is an output terminal, 6 is a delay controller, 7 is a trigger signal input terminal, 9 is an azimuth signal This is an input terminal.

各センサ素子1□、・・・、14において電気信号に変
換された入力信号は、前置増幅器21.・・・、24に
おいて適当な信号レベルまで増幅され、可変遅延線31
゜・・・、34を通過した後に加算器4で加算され、出
力端子5より出力される。
The input signal converted into an electrical signal in each sensor element 1□, . . . , 14 is sent to a preamplifier 21 . . . , 24, the signal is amplified to an appropriate signal level, and the variable delay line 31
. . , 34, are added by an adder 4, and outputted from an output terminal 5.

この場合に、受信ビームの方位信号が方位入力端子8よ
り、また送信パルスの発射時刻を表わすトリガ信号がト
リガ入力端子7より印加されるため、遅延制御器6は与
えられた方位と距離とにある点物体から反射して来る信
号の伝搬遅延を補償するように、つまり加算器4におい
て各センサの出力信号の遅延が一致するように、各可変
遅延線31.・・・、34の遅延量を制御する。
In this case, since the direction signal of the receiving beam is applied from the direction input terminal 8 and the trigger signal representing the emission time of the transmission pulse is applied from the trigger input terminal 7, the delay controller 6 is applied to the given direction and distance. Each variable delay line 31 . ..., 34 delay amounts are controlled.

一般のビームフォーマでは上記距離による補償遅延量の
変化を無視し一定の方位に対してのみ固定の遅延を行う
ことが多いが、高解像度の映像を得るためには上記距離
の影響をも補償するフォーカシングを行うことが必要に
なる。
General beamformers often ignore changes in compensation delay amount due to distance and apply a fixed delay only to a certain direction, but in order to obtain high-resolution images, it is necessary to also compensate for the effects of distance. Focusing will be required.

すなわち、トリガ信号入力時刻からの時間(これが上記
距離に換算される)と共に補償遅延量を変えることが必
要となる。
That is, it is necessary to change the amount of compensation delay along with the time from the trigger signal input time (which is converted to the distance).

なお、このようなビーム形成をダイナミックフォーカシ
ングと称している。
Note that such beam forming is called dynamic focusing.

可変遅延線を用いるこの種方法によってダイナミックフ
ォーカシングを実現するためには高速度で遅延量の切換
えが行えるアナログスイッチが必要となるが、高周波信
号を扱うこの種アナログスイッチは実現がむずかしいも
のである。
In order to achieve dynamic focusing using this type of method using a variable delay line, an analog switch that can switch the amount of delay at high speed is required, but this type of analog switch that handles high-frequency signals is difficult to implement.

また、高解像度の映像を得るのに必要とされる多数のタ
ップを有する広帯域のアナログ遅延線は非常に高価なも
のである。
Additionally, the wideband analog delay lines with the large number of taps required to obtain high resolution video are very expensive.

なお、各センサ出力信号をデジタル符号に変換した後、
デジタル可変遅延線(デジタルメモリなどで実施される
)に印加しその出力を加算することによってビームフォ
ーマを実現することもできるが、高周波信号を用いる場
合には実現が困難となる。
In addition, after converting each sensor output signal into digital code,
A beamformer can also be implemented by applying signals to digital variable delay lines (implemented with digital memory or the like) and summing their outputs, but this becomes difficult when using high frequency signals.

従来用いられている受信ビームフォーマの他の例として
、第2図に示すような直交復調器を用いたものがある。
Another example of a conventionally used receive beamformer is one using an orthogonal demodulator as shown in FIG.

すなわち、各センサ1□、・・・、14の出力信号は前
置増幅器2□、・・・、24により所定のレベルまで増
幅された後、直交復調器91.・・・。
That is, the output signals of each sensor 1□, . . . , 14 are amplified to a predetermined level by preamplifiers 2 □, . ....

94により復調されて実数部、虚数部それぞれのベース
バンド信号に変換され、ついで位相シフタ100、・・
・、104でビーム形成に必要な遅延量と等価な位相遅
れが与えられ、その出力の実数部および虚数部がそれぞ
れ加算器4□、4□で加算され、その出力が自乗器11
□、112で自乗された後、加算器43で互いに加算さ
れて出力端子5から出力されるものである。
94 and converted into baseband signals for real and imaginary parts, and then phase shifter 100, . . .
A phase delay equivalent to the amount of delay required for beam forming is given in , 104, and the real part and imaginary part of the output are added in adders 4□ and 4□, respectively, and the output is added to the squarer 11.
After being squared by □ and 112, they are added together by an adder 43 and output from the output terminal 5.

この場合の直交復調器9□。・・・、94は第3図に示
す如き構成であり、キャリア発生器13の出力端子13
1から送られてくる送信信号と同相の正弦波信号、およ
びキャリア発生器13の他の出力端子13□から送られ
てくる送信信号と直交する正弦波信号をそれぞれ基準信
号として乗算器151,152及びローパスフィルタ1
6□。
Orthogonal demodulator 9□ in this case. ..., 94 has a configuration as shown in FIG. 3, and the output terminal 13 of the carrier generator 13
Multipliers 151 and 152 use a sine wave signal in phase with the transmission signal sent from 1 and a sine wave signal orthogonal to the transmission signal sent from the other output terminal 13□ of the carrier generator 13 as reference signals, respectively. and low pass filter 1
6□.

162により入力端子14に印加されたセンサ出力信号
を同期検波し、復調信号の実数部と虚数部とを出力端子
17□、17□からそれぞれ出力するものである。
162 synchronously detects the sensor output signal applied to the input terminal 14, and outputs the real part and imaginary part of the demodulated signal from output terminals 17□ and 17□, respectively.

また、各位相シフタ101.・・・、104は、遅延制
御器6から遅延量に等価な位相遅れ量ψを入力してex
p(−iψ)を発生し、これと直交復調器9□、・・・
、94の出力とを複素乗算するものであり、復調前のキ
ャリア領域の信号に対して一ψの位相シフトを与えたの
と等価な効果を実現するものである。
Moreover, each phase shifter 101. ..., 104 inputs the phase delay amount ψ equivalent to the delay amount from the delay controller 6 and executes ex
p(-iψ) is generated, and the orthogonal demodulator 9□,...
, 94, and achieves an effect equivalent to applying a phase shift of 1 ψ to the carrier domain signal before demodulation.

しかしながら、この種回路によって補償できる正確な遅
延量は1波長分以下に限られ、補償すべき量がそれを越
えるときには波長の整数倍の誤差を生じる恐れがある。
However, the accurate amount of delay that can be compensated for by this type of circuit is limited to one wavelength or less, and if the amount to be compensated exceeds this, there is a risk that an error of an integral multiple of the wavelength will occur.

従って、センサアレイの大きさが波長に比べて十分大き
く、かつ受信信号の変化が速い場合にこの種回路を適用
することができない。
Therefore, this type of circuit cannot be applied when the size of the sensor array is sufficiently large compared to the wavelength and the received signal changes rapidly.

本発明は従来の技術の上記欠点を除去するもので、その
目的は容易にデジタル化が行えしかも広帯域、高周波の
信号が扱える受信ビームフォーマを提供することにある
The present invention is intended to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and its purpose is to provide a receiving beamformer that can be easily digitized and can handle wideband, high-frequency signals.

この目的を達成する本発明の特徴は、N個のセンサ素子
の出力信号を波長がλで且つ伝搬速度Cなる送信搬送波
の同相成分と直交成分とに分解する復調器と、前記同相
成分及び直交成分をデジタル符号に変換するA/D変換
器と、デジタル符号化された前記同相成分及び直交成分
を各センサ素子毎に予め定められている遅延量dn(n
=1,2゜・・・、N)だけデジタル的に遅延させる遅
延手段と、遅延した前記同相成分を実数部とし且つ遅延
した前記直交成分を虚数部とする複素数に対応させ、こ
の複素数と各センサ素子毎に予め定められている位相量
をψn(n=1,2.・・・、N)とするexp(−i
ψn)なる複素数との複素乗算を行なうデジタル演算回
路と、前記乗算結果の実数部及び虚数部をそれぞれ累加
算する手段と、前記累加算結果の絶対値をそれぞれ自乗
し該自乗結果を互いに加算する手段とを備え、少なくと
も所望方位に対応して各センサ毎に設定すべき必要遅延
量をDn(n=1.2.・・・、N)として、前記遅延
量dnと前記位相量ψ。
The features of the present invention that achieve this object include a demodulator that decomposes the output signals of N sensor elements into an in-phase component and a quadrature component of a transmission carrier wave having a wavelength λ and a propagation speed C; An A/D converter that converts the components into digital codes, and a delay amount dn (n
= 1, 2°..., N), and a delay means for digitally delaying the delayed in-phase component by the real part and the delayed orthogonal component as the imaginary part. exp(-i
a digital arithmetic circuit that performs complex multiplication with a complex number ψn), means for cumulatively adding the real part and imaginary part of the multiplication results, respectively, squaring the absolute values of the cumulative addition results, and adding the squared results to each other. and where the necessary delay amount to be set for each sensor at least corresponding to the desired orientation is Dn (n=1.2...,N), the delay amount dn and the phase amount ψ.

とがDn=dn+ψ。・λ/2πCなる関係を保持して
設定してあり、更に前記遅延量dnが送信搬送波の周期
270以上の量子化単位で量子化されていることにある
and is Dn=dn+ψ. - The delay amount dn is set to maintain the relationship λ/2πC, and furthermore, the delay amount dn is quantized in units of quantization with a period of 270 or more of the transmission carrier wave.

以下図面により本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第4図と第5図とは、本発明の一実施例の説明図であり
、第5図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、第4図は、第5図における動作原理を分り易くす
るために、その動作に着目して示した機能ブロック図で
ある。
4 and 5 are explanatory diagrams of one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. In order to make the principle of operation easier to understand, it is a functional block diagram that focuses on the operation.

第4図において、各センサ素子1□、・・・、14の出
力信号は前置増幅器21.・・・、24により所定のレ
ベルまで増幅されて直交復調器91.・・・、94に入
力し、ここで実数部、虚数部それぞれのベースバンド信
号に復調され、ついで各可変遅延線30.・・・、38
によって上記復調信号が実数部、虚数部組に遅延され、
さらに位相シフタ10□、・・・、104により位相遅
れが補償される。
In FIG. 4, the output signals of each sensor element 1□, . . . , 24 to a predetermined level. . ..., 38
The demodulated signal is delayed into a real part and an imaginary part set by
Further, the phase delay is compensated by the phase shifters 10□, . . . , 104.

位相シフタ10□、・・・、104の出力は加算器40
,4□により実数部、虚数部組に累加算され、その累加
算出力の絶対値が自乗器111.11□により自乗され
、さらに加算器43によって各々の自乗型出力の和がと
られ、出力端子5より出力される。
The output of the phase shifters 10□, ..., 104 is sent to the adder 40
, 4□ to the real part and imaginary part set, the absolute value of the cumulative addition output is squared by the squarer 111. It is output from terminal 5.

本実施例においてビーム形成に必要な伝搬遅延の補償は
、可変遅延線3□、・・・。
In this embodiment, the propagation delay necessary for beam forming is compensated for by the variable delay lines 3□, . . .

38と位相シフタ101.・・・、104とに分けて実
現されており、必要な補償量はそれぞれ遅延制御器6、
と位相制御器62とによって与えられる。
38 and phase shifter 101.38. . . , 104, and the necessary compensation amount is determined by the delay controller 6,
and a phase controller 62.

換言するに、ビーム方位と各センサ素子毎に設定すべき
遅延量をDn(但し、n=1,2.・・・、4)とし、
可変遅延線31と32,33と34.・・・、37と3
8の遅延量をdn(但し、n=1.2.・・・、4)と
し、且つ各センサ素子毎に設定された位相量ψn(但し
、n=1,2.・・・、4)としてそれによって得られ
る遅延量をψ。
In other words, the beam direction and the delay amount to be set for each sensor element are Dn (where n=1, 2..., 4),
Variable delay lines 31 and 32, 33 and 34. ..., 37 and 3
The delay amount of 8 is dn (however, n=1.2..., 4), and the phase amount ψn set for each sensor element (however, n=1, 2..., 4) The amount of delay obtained thereby is ψ.

λ/2πC(λは送信搬送波の波長、Cは送信搬送波の
伝搬速度)とした場合、Dn二dす+ψ。
When λ/2πC (λ is the wavelength of the transmitted carrier wave and C is the propagation speed of the transmitted carrier wave), Dn2ds+ψ.

λ/2πCなる関係で、必要な遅延量Dnは可変遅延線
31.・・・、38と位相シフタ10□・・・、104
とで分担させる。
Due to the relationship λ/2πC, the required delay amount Dn is determined by the variable delay line 31. ..., 38 and phase shifter 10□..., 104
Let them share the burden with each other.

すなわち、可変遅延線3□、・・・、38は、入力信号
の群遅延を補償すればよいものであるため可変遅延量の
きざみが受信パルスの立上り時間の数分の1程度で良い
ことになり、さらに細かい遅延補償については位相シフ
タ101.・・・、104によって行なわれるものであ
る。
In other words, since the variable delay lines 3□, . . . , 38 only need to compensate for the group delay of the input signal, the increments of the variable delay amount can be approximately a fraction of the rise time of the received pulse. For more detailed delay compensation, phase shifter 101. . . , 104.

換言すれば、必要な遅延量Dnを可変遅延線31、・・
・238と位相シフタ10□、・・・、104とに分担
させることにより、センサアレイの大きさが波長λに比
べて大きい場合においても所望方位の形成に必要な遅延
量Dnを設定でき、且つ量子化単位の細かい遅延量ψ。
In other words, the necessary delay amount Dn is determined by the variable delay line 31,...
238 and the phase shifters 10□, . Detailed delay amount ψ in quantization unit.

・λ/2πCは位相シフタ101、・・・、104で設
定するため、可変遅延線31、・・・、38の量子化単
位(すなわち遅延きざみ)を1波長相当(λ/C)以上
の粗いものとすることができ、従って伝送信号帯域をキ
ャリア周波数領域からビデオ(ベースバンド)領域にす
ることができるため、この種可変遅延線が容易に実現で
きることになる。
・Since λ/2πC is set by the phase shifters 101, . . . , 104, the quantization unit (i.e. delay step) of the variable delay lines 31, . This type of variable delay line can be easily realized because the transmission signal band can be changed from the carrier frequency domain to the video (baseband) domain.

また、ダイナミックフォーカシングを行う場合にも位相
シフタ101.・・・、104の制御のみで実現できる
ため、可変遅延線の高速な切換えは不必要となる。
Also, when performing dynamic focusing, the phase shifter 101. . . , 104, high-speed switching of the variable delay line is not necessary.

さらに、本例ではビデオ信号に変換されてからビーム形
成の演算を行っているためディジタル化が容易であり、
しかも従来技術(第2図)の欠点であった広帯域の信号
が扱えない点を解決できるものである。
Furthermore, in this example, beamforming calculations are performed after conversion to a video signal, so digitization is easy.
Moreover, it can solve the drawback of the prior art (FIG. 2), which is that it cannot handle broadband signals.

第5図は第4図に示した機能を果す構成を示すブロック
図であり、各センサ出力信号は前置増幅器21゜・・・
、2Nによって所定のレベルまで増幅され、直交復調器
90.・・・、9Nによってビデオ信号に復調され、ア
ナログデジタル変換器(A/D変換器)21□。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration that performs the functions shown in FIG.
, 2N to a predetermined level, and is then amplified to a predetermined level by quadrature demodulator 90 . . . , 9N, and demodulated into a video signal by an analog-to-digital converter (A/D converter) 21□.

21□、・・・、21Nによってデジタル符号に変換さ
れ、演算ユニット221.・・・、22Nによって遅延
および位相補償の演算が実行され、その複素出力が加算
自乗器23によって実数部、虚数部組に累加算され、そ
の絶対値が自乗された後互いに加算されて出力端子5よ
り出力される。
21□, . ..., 22N perform delay and phase compensation calculations, and the complex output thereof is cumulatively added to the real part and imaginary part set by the adding squarer 23, and after the absolute values are squared, they are added together and sent to the output terminal. Output from 5.

なおこの場合に、パルス送信時から時間の経過と共に減
少する受信信号レベルを直交復調器およびA/D変換器
のダイナミックレンジ内に収めるため利得制御器20か
ら各前置増幅器21.・・・、 2Nの利得を制御する
信号を印加する。
In this case, in order to keep the received signal level, which decreases over time from the time of pulse transmission, within the dynamic range of the orthogonal demodulator and A/D converter, the gain controller 20 controls each preamplifier 21 . . . . Apply a signal to control the gain of 2N.

ただしこの信号はトリガ信号入力端子7へのトリガ信号
入力と同時に発生するものである。
However, this signal is generated simultaneously with the input of the trigger signal to the trigger signal input terminal 7.

なお上記A/D変換器として、デルタ変調器と可逆カウ
ンタとを組合わせた如き簡便なものを用いることにより
、装置のコストダウンを図ることができる。
Note that by using a simple A/D converter such as a combination of a delta modulator and a reversible counter, the cost of the apparatus can be reduced.

各演算ユニット221.・・・、22Nは第6図の如き
構成である。
Each calculation unit 221. . . , 22N has a configuration as shown in FIG.

すなわち、たとえばA/D変換器211.212の出力
がそれぞれ信号入力端子311゜312に印加されてラ
ンダムアクセスメモリ(RAM)321,32□に書込
まれ、必要な遅延を与えられた後に再び読み出され、乗
算器33、加減算器34、レジスタ35からなる演算回
路に入力する。
That is, for example, the outputs of A/D converters 211 and 212 are respectively applied to signal input terminals 311 and 312, written to random access memories (RAM) 321 and 32□, and read again after a necessary delay. The signal is output and input to an arithmetic circuit consisting of a multiplier 33, an adder/subtractor 34, and a register 35.

この演算回路はリードオンリメモリ(ROM)36にあ
らかじめ書き込まれているCOSψ。
This arithmetic circuit is a COS ψ written in advance in a read-only memory (ROM) 36.

およびsinψ。のデータを用いてexp(−iψ。and sinψ. Using the data of exp(-iψ.

)と入力信号との複素乗算を実行し、その結果を出力端
子37から出力するものである。
) and the input signal, and outputs the result from the output terminal 37.

遅延量は負数としてリードオンリメモリ38に書き込ま
れており、この出力と1対の入力データが入力される毎
に歩進するゼロアドレスカウンタ25(第5図)の出力
とが加算器39によって加算されランダムアクセスメモ
リ32□、322のアドレスとなる。
The delay amount is written in the read-only memory 38 as a negative number, and this output and the output of the zero address counter 25 (FIG. 5), which increments each time a pair of input data is input, are added by the adder 39. This becomes the address of the random access memory 32□, 322.

ただし、ランダムアクセスメモリ320,32□へのデ
ータ書込み時にリードオンリメモリ38の出力は零であ
るとする。
However, it is assumed that the output of the read-only memory 38 is zero when writing data to the random access memories 320, 32□.

また、この演算ユニットにおいて補償すべき遅延量と位
相量は、第5図の制御器24の出力端子240,242
から送られるアドレス信号により、リードオンリメモリ
38および36のアドレスが切換えられることによって
変更されるものである。
Further, the delay amount and phase amount to be compensated in this arithmetic unit are determined by the output terminals 240 and 242 of the controller 24 in FIG.
The addresses of the read-only memories 38 and 36 are changed by being switched by an address signal sent from the read-only memories 38 and 36.

したがって本例によればダイナミックフォーカシングが
容易に実現できる。
Therefore, according to this example, dynamic focusing can be easily realized.

第7図は第5図に示した加算自乗器23の構成を表わし
ている。
FIG. 7 shows the configuration of the addition squarer 23 shown in FIG.

演算ユニ7ト221.・・・、22Nの出力が入力端子
371.・・・、37Nを介して入力すると、該出力の
実数部、虚数部それぞれがシフトレジスタ41□、41
2に印加される。
Arithmetic unit 7 221. ..., 22N output is input terminal 371. ..., 37N, the real part and imaginary part of the output are sent to shift registers 41□, 41, respectively.
2.

シフトレジスタ410,412の出力は加算器42□、
42□ルジスタ43□、432からなる2つの累算器に
よりそれぞれ累加算され、その結果はセレクタ44によ
り順次選択されて自乗器45に印加されて自乗される。
The outputs of the shift registers 410 and 412 are sent to the adder 42□,
Two accumulators consisting of registers 43□ and 432 perform cumulative addition, and the results are sequentially selected by a selector 44 and applied to a squarer 45 to be squared.

自乗器45の出力は加算器46とレジスタ47とからな
る累算器に印加され、その結果がビームフォーマ出力と
して出力端子5から出力されるものである。
The output of the squarer 45 is applied to an accumulator consisting of an adder 46 and a register 47, and the result is outputted from the output terminal 5 as a beamformer output.

このように本発明によれば、一般的なICを用いて高周
波、広帯域の信号を扱う受信ビームフォーマが容易に実
現でき、しかもダイナミックフォーカシングも容易であ
るから、高解像度の超音波映像装置などが容易に、かつ
安価に実現できる。
As described above, according to the present invention, a receiving beamformer that handles high-frequency, wide-band signals can be easily realized using a general IC, and dynamic focusing is also easy, so that high-resolution ultrasound imaging equipment, etc. It can be realized easily and inexpensively.

さらにデジタル化した場合に、遅延および位相の補償量
がリードオンリメモリに書き込まれているため、このリ
ードオンリメモリの容量を増すかあるいは書き替え可能
なリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリを用い
ることにより、画面の様式(走査線数、レンジ、走査角
など)を容易に変えることができ、従って多機能、多目
的の映像装置を実現することが可能になる。
Furthermore, when digitizing, delay and phase compensation amounts are written in read-only memory, so by increasing the capacity of this read-only memory or using rewritable read-only memory or random access memory, The screen format (number of scanning lines, range, scanning angle, etc.) can be easily changed, making it possible to realize a multifunctional, multipurpose video device.

以上説明したように本発明による受信ビームフォーマは
、ビデオ信号に復調した後ビーム形成の演算実行が可能
であり、デジタル化も容易であるため特性劣化が少なく
しかも安価に実現できるという利点を有している。
As explained above, the reception beamformer according to the present invention has the advantage that it is possible to perform beamforming calculations after demodulating into a video signal, and that it can be easily digitized, resulting in less characteristic deterioration and that it can be realized at low cost. ing.

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

第1図、第2図は従来の受信ビームフォーマをそれぞれ
表わすブロック図、第3図は第2図の一部を詳細に表わ
すブロック図、第4図と第5図は本発明の一実施例の説
明図であって、第5図はその構成を示すブロック図、第
4図は第5図の動作原理を説明するために示した機能ブ
ロック図、第6図、第7図は第5図の一部を詳細に表わ
すブロック図である。 11〜14・・・・・・センサ素子、2、〜24・・・
・・・前置増幅器、3、〜38・・・・・・可変遅延線
、4□〜43,39゜42、.42°、46・・・・・
・加算器、5・・・・・・出力端子、6、・・・・・・
遅延制御器、6□・・・・・・位相制御器、7・・・・
・・トリガ入力端子、91〜94・・・・・・直交復調
器、101〜104・・・・・・位相シフタ、111〜
11□、45・・・・・・自乗器、13・・・・・・キ
ャリア発生器、20・・・・・・利得制御器、21□〜
21N・・・・・・アナログデジタル変換器、221〜
22N・・・・・・演算ユニット、23・・・・・・加
算自乗器、24・・・・・・制−器、25・・・・・・
ゼロアドレスカウンタ、311,31□、371〜37
4・・・・・・入力端子、321,32□・・・・・・
ランダムアクセスメモリ、33・・・・・・乗算器、3
4・・・・・・加減算器、35゜430.43□、47
・・・・・・レジスタ、36,38・・・・・・リード
オンリメモリ、37・・・・・・出力端子、411゜4
12・・・・・・シフトレジスタ、44・・・・・・セ
レクタ。
FIGS. 1 and 2 are block diagrams each showing a conventional receiving beamformer, FIG. 3 is a block diagram showing a part of FIG. 2 in detail, and FIGS. 4 and 5 are one embodiment of the present invention. Fig. 5 is a block diagram showing its configuration, Fig. 4 is a functional block diagram shown to explain the operating principle of Fig. 5, and Figs. 6 and 7 are the same as Fig. 5. FIG. 2 is a block diagram showing a part of the . 11-14...sensor element, 2,-24...
...Preamplifier, 3, ~38...Variable delay line, 4□ ~43, 39°42, . 42°, 46...
・Adder, 5...Output terminal, 6,...
Delay controller, 6□... Phase controller, 7...
...Trigger input terminal, 91-94...Orthogonal demodulator, 101-104...Phase shifter, 111-
11□, 45...Squarer, 13...Carrier generator, 20...Gain controller, 21□~
21N...Analog-digital converter, 221~
22N... Arithmetic unit, 23... Addition squarer, 24... Controller, 25...
Zero address counter, 311, 31□, 371-37
4...Input terminal, 321, 32□...
Random access memory, 33... Multiplier, 3
4...Adder/subtractor, 35°430.43□, 47
...Register, 36, 38...Read only memory, 37...Output terminal, 411゜4
12...Shift register, 44...Selector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 N個のセンサ素子の出力信号を波長がλで且つ伝搬
速度Cなる送信搬送波の同相成分と直交成分とに分解す
る復調器と、前記同相成分及び直交成分をデジタル符号
に変換するA/D変換器と、デジタル符号化された前記
同相成分及び直交成分を各センサ素子毎に予め定められ
ている遅延量dn(n=1,2.・・・、N)だけデジ
タル的に遅延させる遅延手段と、遅延した前記同相成分
を実数部とし且つ遅延した前記直交成分を虚数部とする
複素数に対応させ、この複素数と各センサ素子毎に予め
定められている位相量をψ。 (n=1.2゜・・・、N)とするexp(−iψn)
なる複素数との複素乗算を行なうデジタル演算回路と、
前記乗算結果の実数部及び虚数部をそれぞれ累加算する
手段と、前記累加算結果の絶対値をそれぞれ自乗し該自
乗結果を互いに加算する手段とを備え、少なくとも所望
方位に対応して各センサ毎に設定すべき必要遅延量をD
n(n−1y2p・・・、N)として、前記遅延量dn
と前記位相量ψ。 とがDn−dn十ψ。 ・λ/2πCなる関係を保持して設定してあり、更に前
記遅延量dnが送信搬送波の周期270以上の量子化単
位で量子化されていることを特徴とする受信ビームフォ
ーマ。 2 遅延手段がランダムアクセスメモリである特許請求
の範囲第1項記載の受信ビームフォーマ。 3 遅延手段における遅延量の情報及びデジタル演算回
路における乗算複素係数の情報が格納されたデジタルメ
モリと、該情報のアドレス切換え手段とを有する特許請
求の範囲第2項記載の受信ビームフォーマ
[Claims] 1. A demodulator that decomposes the output signals of N sensor elements into an in-phase component and a quadrature component of a transmission carrier wave having a wavelength of λ and a propagation speed of C, and a demodulator that converts the in-phase component and the quadrature component into digital codes. and an A/D converter that converts the digitally encoded in-phase and quadrature components into digital signals by a predetermined delay amount dn (n=1, 2..., N) for each sensor element. a delay means for delaying the delay, and a complex number in which the delayed in-phase component is the real part and the delayed orthogonal component is the imaginary part, and the complex number and the phase amount predetermined for each sensor element are set to ψ . (n=1.2°...,N) exp(-iψn)
a digital arithmetic circuit that performs complex multiplication with a complex number;
means for cumulatively adding the real and imaginary parts of the multiplication results, and means for squaring the absolute values of the cumulative addition results and adding the squared results to each other, at least for each sensor corresponding to a desired orientation. The required delay amount to be set to D
The delay amount dn is n(n-1y2p...,N)
and the phase amount ψ. and is Dn-dn ten ψ. - A reception beamformer that is set to maintain the relationship λ/2πC, and further characterized in that the delay amount dn is quantized in a quantization unit having a transmission carrier period of 270 or more. 2. The receive beamformer according to claim 1, wherein the delay means is a random access memory. 3. The receiving beamformer according to claim 2, comprising a digital memory storing information on the amount of delay in the delay means and information on complex multiplication coefficients in the digital arithmetic circuit, and means for switching the address of the information.
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