JPS5952389B2 - 水中音響装置における送信ビ−ム走査方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数の振動子を配列してなる送波器を有する
水中音響装置の送信ビーム走査方式に関する。

従来、ソナー等の水中音響装置においては、その送信ビ
ームの方向を走査することのできる送信ビーム走査方式
を採用しているものが多い。

このような送信ビームの走査方式は、送波器を同一面内
に配列した複数の振動子によって構成し、振動子駆動用
の送信パルス信号にディレィラインを通して種々の時間
遅延を与え、かくして得られた出力を適宜組合わせを変
えて各振動子に加えることによって実現していた。

しかし乍ら、このような方式においては、送信ビームの
方向が、ディレィラインの遅延時間と、出力の組合わせ
を変えるための切替え数とによって制約をうけ、間隔的
に細かく、または連続的に方位角を走査することができ
ない。

これをしいて行なおうとすれば、振動子の数は極度に増
加し、また装置は大幅に複雑となる。

本発明の目的は、上記のごとき欠点を解消して、簡単に
、送信ビームの方向を上下、左右に亘って実質的に連続
して走査することのできる水中音響装置における送信ビ
ーム走査方式を提供するにある。

本発明によれば、複数の振動子を配列してなる送波器を
有する水中音響装置の送信ビーム走査方式において、送
信用の信号を発生するパルス信号発生器と、該パルス信
号発生器の出力パルスをうけ、該パルスを遅延させるシ
フトレジスタと、該シフトレジスタを駆動するために、
タロツク周波数を予め決められた範囲で可変、または連
続的に変えられる可変クロック信号発生器と、前記パル
ス信号発生器の出力および前記シフトレジスタの複数に
分割された遅延出力をそれぞれうけて、ビーム方向が正
面を基準にして対称に変えられるように、これ等の入力
をそれぞれ遅延する複数のディレィラインとを備え、こ
れ等テ゛イレイラインのそれぞれの出力および前記シフ
トレジスタの終段出力をそれぞれ前記送波器の複数の振
動子へ供給することによって、送信ビームの方向を上下
、または左右のいずれの方向にも可変、または走査する
ようにしたことを特徴とする水中音響装置における送信
ビームの走査方式が得られる。

本発明の説明に先だって、比較のため、従来の送信ビー
ム走査方式につき第１図のブロック図を参照して説明す
る。

図において、送信用の駆動パルスを発生するパルス信号
発生器１の出力Ｅ。

は、分岐されてディレィライン回路２に加えられ、それ
ぞれ同じ遅延時間τをもったディレィライン２１，２２
および２３をとおして、それぞれτ、２τおよび３τの
時間遅延をもった信号Ｅ１．Ｅ２およびＥ３が出力され
る。

切替部３は、４個の切替器３１〜３４で構成され、それ
ぞれの切替器の入力には、図で示されるように、Ｅｏ−
Ｅ３のうちの３出力が加えられている。

それぞれの切替器における３人力のうちのそれぞれ１つ
が連動的にそれぞれの出力に選択されるように、ビーム
方位選択回路４の出力によって切替制御される。

したがって、これ等４つの切替器の出力における遅延信
号の組合わせは、３段階の切替えステップに応じて３つ
の異った方位に対応したものとなる。

そして、切替器３１〜３４の出力は、増幅部５の４つの
増幅器５１〜５４のそれぞれに加えられ、増幅されて、
送波器６の４つの振動子６１〜６４をそれぞれ励振する
。

このような構成において、一般に、１ステップ当りの送
信ビーム方位角θは次式によって与えられる。

ここに、１は平面に配列された振動子相互間の間隔（ｍ
）、τはディレィライン１個当りの遅延１時間（秒）、
およびＣは音速（ｍ／秒）である。

（１）式によって判るごとく、１ステップ当りのビーム
方位の変化角を小さくするにはτを小さくすればよいが
、ステップ数を多くして走査できる角度の範囲を広げる
にはディレィラインの段数を増し・て、切替数を多くし
なければならない。

特に送信ビームの特性をよくするために振動子の数を増
加したりすると、装置の構成は増大し複雑となる。

次に、本発明による送信ビーム走査方式の実施例につい
て、第２図を参照して説明する。

図に於いて、送信用のパルス信号発生器１の出力Ｅ。

は２つに分岐されてシフトレジスタ８とディレィライン
回路９の第１のテ゛イレイライン９１に加えられる。

シフトレジスタ８に加えられた信号は、その−タロツク
周波数ｆＣ、シフトレジスタのビット数をｎとすればｎ
／ｆｃ（秒）だけ遅延されるから、タロツク周波数とビ
ット数とを選定することにより任意の遅延時間を得るこ
とができる。

しかし、シフトレジスタによる遅延はステップ状に変化
するものであるから、クロック周波数以上の細かい設定
はできない。

クロック周波数は送信ビーム方位の許容設定誤差（許容
遅延時間誤差と同意）によってその下限が決まる。

即ち、許容誤差角をθ８とすればタロツクの最低周波数
ｆｃ（ｍ１ｎ）は振動子の配列寸法と、音速により定義
され、次式のとおりとなる。

また、タロツク周波数の上限はシフトレジスタそのもの
の応答速度（通常のＩＣにおいては２０ＭＨｚ以下）と
ビームの全走査範囲角φにより決まる。

シフトレジスタ８は、例えば入力信号を送りパルスとす
る縦続接続されたＤフリップフロップ回路によって構成
され、それぞれ適当に分割された区分８１，８２および
８３をもっている。

このシフトレジスタの区分８１，８２および８３は振動
子の配列間隔が一定ならば同一の段数によって分割され
、それぞれのビット数は必要とする遅延時間と、クロッ
ク周波数で決められて、それぞれ出力にＥｌ、Ｅ２およ
び氏を抽出する。

このシフトレジスタ８は、クロック信号の周波数を可変
、または走査できるように構成たれた可変クロック信号
発生器７からのクロック信号を受けて信号の遅延を行な
うが、前述のとおり、タロツク周波数を上限および下限
の範囲内で可変することによって、一定の範囲で任意の
遅延時間が得られることになる。

しかし、正面の方位を基準にして、送信ビームの方向を
正面に向けるにはτを０にせねばなら。

は無限大となり、実現できない。上記の不都合を除くた
めに、本発明では、あらかじめ遅延時間の固定されたデ
ィレィライン９１．９２．９３を例えはＥｏ、Ｅ１およ
びＥ２の出力側にそれぞれ接続してビーム方向を正面か
ら偏向するようにしておき、シフトレジスタによる可変
遅延時間の範囲内で、傾度正面方向を基準とし右左、又
は上下（その逆も可）に走査できる第４図ａおよび市は
、この例におけるそれぞれシフトレジスタ側およびディ
レィライン側の出力波形をタイムチャートにより示した
ものである。

図ａはパルス信号発生器１の出力Ｅ。

を基準にし、シフＩ・レジスタ８の分割された３つの出
力Ｅ１．Ｅ２およびＥ３がＥ。

から順次Ｎτだけ遅延された状態を示している。

ここにτは、可変タロツク信号発生器７のクロック周波
数ｆｃの逆数に相当し、Ｎは１以上の正の整数である。

また、図すはパルス信号発生器１の出力Ｅ。

を基準にし、それぞれディレィライン９１の出力Ｅ。

′、テ゛イレイライン９２の出力Ｅ１′、テ゛イレイラ
イン９３の出力Ｅ２′および゛シフトレジスタ８の終段
出力Ｅ３ （Ｅ３’）の遅延された状態を示している。

なお、これ等Ｅ。／、 Ｅ１／。Ｅ２′およびＥ３′の
遅延量はそれぞれτ。

＝３τ１．。τ、＝２τＭ 十Ｎτ、τ２−τＭ＋２Ｎ
τおよびτ３＝３Ｎτに選定されている。

τヤは、Ｅｏ、Ｅｌ、Ｅ２およびＥ３によって得られた
送信ビームの方向を正面を基準にして対称に変えられる
ように向けるために必要な固定遅延量である。

このようにして得られた信号Ｅ。

′、Ｅ１′、Ｅ２′およびＥ３′は、次の増幅部５の増
幅器５１〜５４によってそれぞれ増幅され、送波器６の
振動子６１，６２，６３および６４からそれぞれ水中に
放射される。

第３図を参照して、第２図の実施例における送信ビーム
の走査状態を説明する。

図において、点線で示した送信ビーム１は、第２図にお
けるディレィライン９１，９２および９３のみによって
偏向する状態を示したもので、この場合には当然Ｅｏ、
Ｅ１．Ｅ２およびＥ３は遅延差のない同相同振幅の信号
であることを前提とする。

ビーム２はクロック周波数を最大ｆｃ（ｍ８Ｘ）に設定
した時の送信ビームの方位を示し、またビーム３は正面
、即ち時を示し、さらにビーム４はクロック周波数を最
低ｆ Ｃ（ｍ、、、）に設定した時の送信ビーム方向を
示す。

かくして、クロック周波数を可変するだけで送信ビーム
を正面に対し右から左、又は上から下（この逆も可）へ
任意に走査できることになる。

本発明の理解を助けるために、具体的な数値例を示すと
次のとおりである。

いま、送信用パルス信号周波数を１ＯＫＨｚ、振動子数
を４個、振動子間隔を１ ”７５ｍｍの等間隔、送信ビ
ーム振り幅φ−４０° （±２０°に振る）、ビーム設
定許容誤差θ８−±０．５° とすれば、ビーム角２０
°を得るために必要な振動子間の遅延時間τ。

は（１）式より１７．１μｓとなる。

この遅延時間をクロック周波数の最大ｆｃ（ｍａＸ）
、最小ｆｃ（ｒｒｏｎ）に於いて満たすように各遅延時
間を設定する。

ｆｃ（ｍ１ｎ）は（２）式により２、２９ＭＨｚ以上と
なり、ｆｃ（ｍａｘ）は前述のとおり２０ＭＨｚ以下で
なければならないから、ｆｏ（ｍ。

Ｘ）／ｆｏ（ｍｉｎ）は８以下となる。

以上の条件に基づいて、シフトレジスタのビット数は１
段当り９０ビツト、ディレィライン９１の遅延時間６６
μｓ、同９２が４４μｓ、同９３が２２μｓとすれば゛
、クロック周波数を２．３０２〜１８．４ＭＨｚの間で
変えることによって、±２０°の範囲を任意にビーム走
査することができる。

以上に述べたように、本発明は、可変遅延を得るための
タロツク周波数の変えられるシフトレジスタと、あらか
じめ一定方向に送信ビームを偏向する為のディレィライ
ンとを組合わせて構成することによって、装置を複相に
することなく、送信ビームを上下、左右に亘って自由に
走査できる点、その得られる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の送信ビーム走査方式を示すブロック図、
第２図は本発明による送信ビーム走査方式の実施例を示
すブロック図、第３図は第２図の実施例における送信ビ
ームの走査状態を示す説明図、第４図ａおよびｂは、第
２図の実施例におけるそれぞれシフトレジスタ側および
ディレィライン側の出力波形を示すタイムチャートであ
る。 図において、１は送信用パルス信号発生器、６は送波器
、７は可変クロック信号発生器、８はシフトレジスタ、
９は固定ディレィライン回路部、６１〜６４は振動子、
８１〜８３は分割されたシフトレジスタ、９１〜９３は
固定テ゛イレイラインである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の振動子を配列してなる送波器を有する水中音
   響装置の送信ビーム走査方式において、送信用の信号を
   発生するパルス信号発生器と、該パルス信号発生器の出
   力パルスをうけ、該パルスを遅延させるシフトレジスタ
   と、該シフ１−レジスタを駆動するために、タロツク周
   波数を予め決められた範囲で可変、または連続的に変え
   られる可変タロツク信号発生器と、前記パルス信号発生
   器の出力および前記シフトレジスタの複数に分割された
   遅延出力をそれぞれうけて、ビーム方向が正面を基準に
   して対称に変えられるように、これ等の入力をそれぞれ
   遅延する複数のテ゛イレイラインとを備え、これ等テ゛
   イレイラインのそれそ゛れの出力および前記シフ１へレ
   ジスタの終段出力をそれぞれ前記送波器の複数の振動子
   へ供給することによって、送信ビームの方向を上下、ま
   たは左右のいずれの方向にも可変、または走査するよう
   にしたことを特徴とする水中音響装置における送信ビー
   ム走査方式。