JPS60253988A - 側方監視ソナー装置が受信した被変調信号を処理する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ソナー　システムで受信する変調信号を処
理する装置に関し、特に横方向受信型ソナー　システム
に関スる。

（従来の技術） 横方向受信型ソナー　システムは一般に、船や、ｐｏｉ
ｓｓｏｎ　（ポワソン魚）と呼ばれる流線形物体の壁面
に取付けた１つないし複数の発信／受信アンテナで構成
されている。各アンテナは。

船やポワソンの縦軸に平行に一列に配列された複数の変
換器で構成されており、横断垂直面内ニオいて極めて小
さい１つのアパーチャ角度（ａｎｇｌｅ　ｄ’ｏｕｖｅ
ｒｔｕｒｅ　）と、これよりも大きい１つのアパーチャ
角度とを有している。発信変換器は一定間隔で信号を受
け、水底に向けて斜め方向に音響パルスを送る。このパ
ルスが、進行方向に対して垂直な狭い帯域に沿って船や
ポワンンの片側あるいは両側の水底に当り（１ｒｒａｄ
ｉｅｒ。

１ｎｓｏｎｉｆｉｅｒ　）、表面に向かって逆拡散され
る（　ｒｅ−ｔｒｏｄ、１ｆｆｕ、ｓｅｒ　）。

受信アンテナは、その方向の関係から、パルスが当てら
れた帯域（ｂａｉｌｄｅ　１ｒｒａｄｉｅｅ　）からの
エコーを優先的に捕捉する。

発出したパルスに対するエコーとして変換器が受信する
信号は、好ましくは時間交差増幅利得（ｇａｉｎｄ’　
ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｃｒｏｉｓｓａｎｔ　ａ
ｖｅｃ　ｌｅ　ｔｅ−ｍｐｓ　）で増幅し、伝ばん経路
の傾斜に起因する振幅変化を補正し、続いて検知してこ
の信号のエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｐｅ　）を示す
低周波信号を得る。

続いて伝ばん時間を基準にして変調信号を記録し、パル
スを当てた領域の一横方向走査を行う。

変調信号は２例えば時間を基準にして光学記録器や陰極
線管のスポットの強度を変化させるために利用する。こ
の発信／受信サイクルを船の進行に伴って繰返し、逐次
記録データを並置して（ｊｕｘｔａ、ｐ○、５ｅｒ）、
比較的連続しそいろ水痺画像を得る。横方向受信型ソナ
ーは９例、えばフランス特許２，０６４．４００号に開
示されている。

（発明が解決しようとする問題点） ソナー　システムにおいては、受信信号の復元（ｒｅｓ
ｔｊ、ｔｕｔｊ、ｏｎ　）は、該信号を矯正（ｒｅ６ｒ
ｅｓｓｅｒｎ−ｅｎｔ）　ｊ、で行う場合が多く９位相
変化との関係疋おいて信号に含塘れている情報は利用さ
れない受信信号は９発信信号との関係において、パルス
が肖てられた表面の回折能や逆拡散能の変化の特徴的急
速変化位相ずれならびに、ドツプラ効果に起因し、進行
中の船との関係における相対速度から結果する緩慢変化
位相ずれの影響を受け、この表面の一部は発信ビームの
対称横断面の外にある。位相データを解析しても、得ら
れた画像からビームの対称面内にある水底の凹凸とビー
ムの対称面外にある水底の凹凸とを区別することができ
ない。

本発明の処理装置においては、逆拡散信号の位相変化を
考慮し、従来に比へてより鮮明な水底の表面の画像を得
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の処理装置は、下記の諸手段を備えていることを
特徴とする：受信信号の周波数スペクトル内において少
なくとも１つの周波数帯域を選択する複数のフィルタリ
ング手段；受信信号の少なくとも一部に依存する周波数
の基準信）　号を発生する位相制御回路で構成される少
なくとも１つの変調アセンブリ；受信信号の該部分と位
相制御回路が発生する基準信号とから、複素振幅（ａｍ
ｐｌｉｔｕｄｅ　ｃｏｍｐｌｅｘｅ　）の直角位相成分
（ｃｏｍｐｏｓａｎｔｅ　ｅｎ　ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ
’　）の信号を発生する複数の合成手段（ｍｏｙｅｎ　
ｄｅ　ｃｏｍｂｌｎａｉｓｏｎ　）　；合成手段が発生
する信号を処理し、その成分から複素振幅を計算する計
算器；発構／畳信１サイクルごとに９時間を基準にして
複素振幅変化を指示する複数の手段。

（作　用） 各複素振幅について１サイクルごとに逐次的に得られる
値を格納する記憶手段を計算器と指示手段との間知介装
することができる。

好寸しくは、受信信号を周波数スペクトルが相補的（ｃ
ｏｍｐｌｅｍｑｎｔａｉｒｅ　）である複数のろ波信号
に分割する複数の帯域フィルタと、各々フィルタの出力
て接続している複数の変調アセンブリを備える。計算器
は１色々な複合ろ波／変調信号の振幅を計算し、指示手
段は１色々な複素振幅の信号を逐次的に受け、該複素振
幅を示す各々のトレース（ｔ、ｒａｃｅ　）を並置する
。かぐして。

パルスを当てた面”　ｓ、ｕｒｆａｃｅ　ｉｎ、ｓｏｎ
］、ｆｉｅｅ　”内の横方向位置を基準てしてエコーを
分離（ｄｉｓｓｏｃｉａ−ｔｉｏｎ　）させ、この面の
鮮明な画像を得ることができる。

（実施例） 本発明の装置の前記以外の特徴、利点は、添附図面を参
照して以下仄展開するところのいくつかの好捷しい実施
態様の詳述てよって明らかにされる。

第１図に示すポワンンは、その側面に既知のタイプの少
なくとも１つの発信／受信アンテナ１が取付けられてい
る。このアンテナは、船の縦軸ｏｘＫはぼ平行に一列に
配列された複数の変換器で構成されている。その主軸は
横断面ｙ○２内において斜め方向である。

このアンテナの方向図は、その主ロープ（１，０−ｂｅ
　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　）　が、主発信軸○Ｍを含んで
いる垂直面ｙｏｚの一部において非常に狭く、同面内（
でおいて十分に開いている。縦面、横面内のビームの頂
点の角度θ１．θ２は各々例えば１〜５度、３０〜６０
度であり、各発出パルスが当る水底の面は狭い横方向帯
域である。

もう１つのアンテナを鉛直線を中心にして第１アンテナ
と対称に配置すれば、ポヮンンの両側の２つの同一面に
パルスを当てることができる。

先に発出された音響パルスＥ１．．．．Ｅｋ（図２）が
当った地盤面の凹凸によって逆拡散あるいは回折された
音響エネルギーに対する各エコーＲ１，，，Ｒｋ（図３
）を受信アンテナが受け。

変換器が発生する信号が図５の各受信回路に印加する。

各回路は、既知の可変利得型増幅器２を備えており、各
エコーの受信開始と同時に利得が増大し、音波の伝ばん
時間を基準にして減衰が補正される。増幅器は９発出音
響信号の周波数を中心とする選択フィルタろに接続して
いる。フィルタ乙の出力はエンベロープ検知器に接続し
ており、該検知器は１例えばＰ、ＥＴＩＣＯＮ社製の既
知タイプの容量切替えフィルタ　アセンブリ（５Ｗ−ｉ
ｔｃｈｅｄ　ｃａｐａｃｊ、ｔｏｒ　ｆｊ−１ｔｅｒ　
）　（Ｒ５６２０）で構成されでおり、その人力Ｅ］は
フィルタ乙の出力に接続している。各フィルタ　アセン
ブリには、入力Ｅｉ　（ｆｃ印加される信号てついて、
好ましくは受信エコーの中心周波数にほぼ等しい周波数
ｆｓとするサンプリング信号のコマンドに従って一連の
サンプルをサンプリングするサンプリング手段が備えら
れている。

サンプリング信号は、入力ＥＩ−Ｉ　Ｋ印加されるクロ
ック信号の周波数を２で割る第１分周素子７が発生する
。サンプリング手段６が発生するサンプルは容量切替え
フィルタ８へ転送すれ、第１分周素子７が発生する信号
の周波数をＫ（例えば５０）で割る第２分周素子９が発
生する周波数１０の切替え信号が印加され、この容量切
替えフィルタは低域フィルタとして機能する。

低域フィルタろが発生する信号は寸だ、入力信号と分局
素子１２が発生する信号との間の位相ずれに依存する信
号を発生する位相検知器１１を備えているＰＬＬ型位相
制御回路１００入力へも印加される。分周素子１２は、
電圧制御発信器（ＶＣ○）１３が発生する信号を２で割
る。発゛信器１ろの制御電圧は２位相検知器の出力に入
力が接続している低域フィルタ１４が発生する制御電圧
である。位相ループ（ｂｏｕｃｌｅ　ｄｅ　ｐｈａｓｅ
　）Ｋ２分周素子が用いられているために１発信器１６
が発生する信号の周波数は、低域フィルタ６が発生する
信号の周波数スペクトルの係数倍周波数Ｇ　ｆ；ｅｑｕ
ｅｎｃｅ　ｐｏｎａｅｒ５ｅ　）の２倍である。

発信器１３が発生する信号は、２つのフィルタ　アセン
ブリ４，５用のクロック信号として用いられる。この信
号は、フィルタ　アセンブリ５０入力ＥＨには直接印加
され、フィルタ　゛アセンブリ４０入力ＥＨにはインバ
ータ１５を介して印加される。そのため２つのフィルタ
　アセンブリの分周素子７が発生するサンプリング信号
は互いにπ／２だけ位相がずれてお９．これＫよシ印加
されるソナー信号の複素エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐ
ｐｅ　）の成分の直角位相検知（ｄｅｔｅｃｔｉ、−ｏ
ｎ　ｅｎ　ｑｕ、ａｄｒａｔｕｒｅ　）が可能てなる。

容量切替えフィルタ８の伝達関数ならびにろ波パラメー
タ（ｐａｒａｍｅｔｒｅ　ｄｅ　ｆｉ、ｌｔｒａｇｅ　
）は、２つのフィルタ　アセンブリ４，５０制御人力Ｅ
、ｃに選択素子１７の信号を印加して決める。

２つのフィルタ　アセンブリ４，５の出力から発生し５
周波数スペクトルがゼロ周波数を中心にしている直角位
相信号Ｘｓ、χＣが計算器１８に印加され、該計算器１
Ｂによって電圧χＣ５χＳを合成し、複素振幅（７ペ一
ジ式（１）　Ａ、　＝　１）をめる。

この合成によって得られた電圧が２例えば光学記録器や
陰極線管などの表示素子１９に印加され、該表示素子の
光点（スポット）の強度を変８周させる。

計算器１Ｂが発生ずるデータを格納する手段としてメモ
ＩＪ　２０　（図８）を使用することができる。かぐす
れば、パルスが当てられる側面の最も近い点から最も遠
い点才でのすべての点を時間を基準にして指示すること
ができる；各領域は、受信信号の位相変化に対する固有
の寄与によって関与する。任意の横座標ＸＯに位置する
。

ソナーのパルスが当てられる横方向帯域の記録トレース
から、この面の凹凸Ｓ１．８２．　Ｓ３．　Ｅｌｉ４を
。

表示されたトレースの全幅にわたる横線３１，３２゜Ｓ
３，８４で表現できることが分る。信号が受信される度
に、すなわち同じ縦座標’ｙ　（ｔ）で、受信信号の周
波数帯域内（でおける卓越エコーが選択され、同一瞬間
において、異なるドツプラ周波数ずれの影響を受ける同
一周波数帯域の２つの相異なるエコーは区別できない。

任意の同一瞬間において受信される変調信号において複
数のエコーを分離でき、したがって。

パルスが当てられる地盤のディテールをよシ鮮明に再現
できる装置の実施態様を次に紹介する。

この実施態様においては、パルスが当てられる地盤の相
異なる部分が逆拡散する音波の周波数に対して、ドツプ
ラ効果てよってレベルの異なる影響を及ぼすずれを利用
する。

発信／受信立体角ＯＡ、　Ｂ　ＣＤ　（図１，６）の任
意の方向の発信信号と受信信号に影響を及ぼす周波数ず
れは９周知のとおり、ｏｐ力方向のポワソンの速度ベク
トル■の投影Ｖ　ｓｉｎθに比例し。

鉛直中面から離れるほど大きくなる。

伝達されるパルス音響信号の周波数をｆとてれは、受け
る音波の周波数は、パルスが当てられる表面の帯域の横
鉛直面ｙｏｚの前縁ＡＢから発する音波の周波数はｆ＋
△ｆであり、鉛直面を中心にしてＡＢと対称の縁ＣＤか
ら発する音波の周波数はｆ−△ｆであり、中面ＥＦから
発する音波の周波数はｆである。幅ΔＦ＝２ΔＦの周波
数インタバルを中央周波数ｆを中心にしてｎ個の等分イ
ンタバル△ｆ１．△ｆ２．．．△ｆｎ　Ｋ分割すれば、
このインタバル内で受ける音波は各々、軸ｏｙＫ平行で
９幅がｄ　／　ｎである。パルスが当てられる面ＡＢＣ
Ｄのｎ個の隣接要素帯域Ｒ１，Ｐ、２．、、Ｒｎの寄与
分に相当する。しだがって、この周波数インタバルに属
する信号を別々に処理し、１つの共通指示（視覚化）素
子上に並置すれば、受信信号の幅ΔＦの周波数スペクト
ル全体を各瞬間に一括して処理する場合に介入する最も
強いエコーの選択効果を排除することによって、同一瞬
間に複数のエコーを指示することができる。これ（（よ
ってソナーの分解能が著しく向上する。第７図如示す記
録例ｙ　（ｔ）は、パルスが当てられる地盤帯域Ａ　Ｂ
　ＣＤの個々の要素帯域Ｒ１，Ｒ２，、、Ｒｎの寄与分
に相当するトレースｒｉ、　ｒ２　、　、　、ｒｎを並
置したものであり（ボワンンは横座標ｘｏ　Ｋ位置１−
でいる）。

地盤の凹凸’１　、　Ｓ’２．　Ｓ’、３（図６）の位
置〆１゜ｓ’２．ｓ’５を面Ａ　Ｂ　Ｃｒ、）の視覚化
トレースの内部の正確な場所に配置できることを示して
いる。

この周波数分割方式を応用した第８図の実施態様の装置
も、各受信アンテナ１が受信する信号を増幅する可変利
得増幅器２と低域フィルタ６とで構成される選択／増幅
アセンブリを備えている。ただしこの実施態様において
は、フィルク乙の出力は、第５図に示す回路■）と同じ
ｎ個の直角位相検知回路（ＤＩ、　Ｄ２．　、、、Ｄｎ
）に。

通過帯域が等しくかつ相補的であるｎ個の選択フィルタ
２１ａ、２１ｂ、、、２Ｉｎを介して並列接続されてい
る。フィルタろの通過帯域の長さをＦとすれば、各フィ
ルタ２Ｍａ〜２１ｎの通過帯域の長さはΔＦ　／　ｎで
ある。

検知回路ＤＩ、Ｄ２．．．Ｄｎは各々２つのフィル力　
アセンブリを備えており、そのろ波パラメータと伝達関
数は選択素子１７で調節し、フィルタ　アセンブリ４，
５のクロック入力に、フィルタ２１ａ、２１ｂ、、、２
１ｎの中央周波数の２倍の周波数で発信するＰＬＬ型水
晶式の位相制御回路の内部発信器の出力から発生する位
相が逆の２つの信号が印加される。

回路ＤＩ、Ｄ２．．．Ｄｎが発生する対直角位相信号（
ＸＳＩ、ＸＣ１）、（ＸＳ２．ＸＣ２）、、、（χＳｎ
、χＣｎ）が計算器１８に印加され、計算器１８が２式
（１）によって、対直角位相信号の複素振幅Ａ、　ｉ、
　Ａ２　、　、　、　Ａｎを計算する。

この相異なる複素振幅の信号がメモリ２０に印加される
。続いて同一発信／受信サイクルのすべての複素振幅が
メモリに読取られ９例えば光学記録器や陰極線管１９の
スポットの変調用に利用され、フィルタ２１ａ〜２ｉｎ
によって区切られたｎ個の相補的周波数帯域と各瞬間に
パルスを当てられる面のｎ個の隣接狭帯域に各々対応す
るｎ個の要素トレースがスクリーン上て並置される。

２つの隣合う発信／受信サイクル間の時間中にポワソン
が移動する距離が水底に当るビームの幅よりも小さい場
合は、この２つのサイクル中にパルスが当てられる地盤
の帯域の一部が重なり合う。複数の逐次サイクル中に音
響エネルギーを逆拡散する同一地盤凹凸が複数の逐次エ
コーを発し、各々のエコーが、パルスが当てられる帯域
内の位置、したがりて横鉛直面ｙｏｚに対する傾斜角度
がサイ・クルごとに変化するために、複数の相異なるス
ペクトル帯域で検知される。したがって１つの同じエコ
ーがアセンブリｒ１．ｒ２．．．ｒｎの相異なるトレー
スプロットされることになる。

視覚化帯域の一部が抜駆され、そのため同一エコーが複
数の相異なるトレースにプロットされるため、計算器１
８で同一エコーの信号を合成し、偶発的エコー（ｅｃｈ
ｏ　ａｌ’ｅａｔｏｉｒｅ）を最少限に抑えすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、横方向受信型ソナーのアンテナが発する音響
エネルギーと、水底で逆拡散され該アンテナで捕捉され
る音響エネルギーの経路を示す模式的立体図である。 第２図は９発出パルスのクロノグラム（ｃｈｒ○−ｎｏ
ｇｒａｍｍｅ　）である。 第６図は９発出パルスに応答して逆拡散される信号のク
ロノグラムでアル。 第４図は、第１図に示ス゛°パルスが当てられた面！′
の帯域の記録トレース（ｔｒａｃｅｄ’ｅｎｒｅｇｉｓ
ｔ−ｒｅｍｅｎｔ）である。 第５図は５本発明の第１実施態様としての装置の回路図
である。 第６図は、音響エネルギーの往復経路の立体角と、各サ
イクルごとに音波が当る面を示し。 このケースでは、該面が、ポワンンの進行方向罠対して
垂直な複数の隣接要素帯域に分割されており、受信信号
の音響エネルギーに対する各々のエネルギー寄与分は、
狭帯域フィルタによって該信号のスペクトルを分割して
める。 第７図は、スペクトル分割によって得られる色々な信号
の要素トレースを並置することによって得られる記録ト
レースである。 第８図は５本発明の第２実施態様としての装置を示し、
この実施態様においては、相異なるフィルタ如よって受
けて、ろ波した信号を別々に処理する。 １・・発信／受信アンテナ　１８・・・計算器ろ・・・
フィルタ　１９・・・表示素子１１・・・位相検知器　
２０・・メモリ１３・・・発信器 特許出願代理人弁理士　関　根　秀　太手粘し？市正摺
：（方式） 昭和６０年７月　２１Ｅ 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示　昭和６０年特許願第７１２７２２、発
明の名称 横方向受信型ソナーで受信する変調信号を処理する装置
３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　アンスティティ　フランセーズ　ト　ベトロー
ル４代理人 住　所　１０７東京都港区北青山１丁目２番３号５　補
正命令の日付 昭和６０年６月２５日（発送日） ６？ｌｌｉ正の対象 図面 ７、補正の内容 別紙の通り ８　添付書類 （１）図　面　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　横方向受信型ソナー　システムを装備した船から発
   射される音響パルスを水底面が逆拡散させるエコーであ
   るところの信号を発信／受信１サイクルごとに該ソナー
   　システムで受信し、振幅／位相変調信号を処理する装
   置にて、下記の諸手段を備えていることを特徴とする装
   置：受信信号の周波数スペクトル内において少なくとも
   １つの周波数帯域を選択する複数のフィルタリング手段
   （３，２１）；選択された周波数帯域に依存する周波数
   の基準信号を発生する位相制御回路（７０）で構成され
   る少なくとも１つの変調アセンブリ（Ｄ）：受信信号の
   該部分と位相制御回路が発生する基準信号とから、複素
   振幅の直角位相成分の信号を発生する複数の合成手段（
   ４，５゜１５）；合成手段が発生する信号を処理し、そ
   の直角位相成分から複素振幅を計算する計算器（１８）
   ；発信／受信１サイクルごとに９時間を基準にして該複
   素振幅変化を指示する複数の手段（１９）。 ２　クレーム１に記載したとおりの装置にて。 各複素振幅について１サイクルごとに逐次的に得られる
   値を格納する記憶手段が計算器と表示手段との間に介装
   されていることを特徴とする装置。 ろ　クレーム１に記載したとおりの装置てて。 受信信号を周波数スペクトルが相補的である複数のる波
   信号て分割する複数の選択フィルタ（２１ａ、２１ｂ、
   、、２ｉｎ）と、各々選択フィルタの出力に接続してい
   る複数の変調アセンブリ（ＤＩ、Ｄ２．、、Ｄｎ）を備
   えているこ吉と。 計算器が９色々な複合ろ波／変調信号の振幅を計算する
   ことと５表示手段が、相異なる複素振幅の信号を逐次的
   に受け、該複素振幅を示す各々のトレースを並置するこ
   とを特徴とする装置。 ４　クレーム１寸だほろに記載したとおりの装置てて、
   各変調アセンブリが、各々が逐次サンプリング手段（６
   ）と、クロック信号の周波数に依存するサンプリング／
   切替え周波数の容量切替えフィルタ（８）とで構成され
   ている２つの容量切替えフィルタ　アセンブリ（４゜５
   ）で構成されており、２つのフィルタ　アセンブリに印
   加されるクロック信号が各々係合位相制御回路が発生す
   る基準信号であり。 この基準信号がロジック　インバータ（１５）によって
   位相がずらされることを特徴とする装置。 ５　クレーム１に記載したとおりの装置にて。 各位相制御回路が、電圧で制御され９分週素子（１２）
   の働きで、該回路に印加される信号の中央周波数の２倍
   の周波数で発信する発信器（１０）であり、該発信器が
   発生する信号が該基準信号であることを特徴とする装置
   。 ６　クレーム１に記載したとおシの装置にて。 各変調アセンブリが受信信号の増幅／ろ波手段（２，３
   ）の出力に接続していることを特徴とする装置。 ７　クレーム１に記載したとおりの装置にて。 複素振幅の変化を指示する手段が光学式走査器（１９）
   であり、記録光線の強度が各複素振幅の時間を基準とす
   る変化の信号によって変調されることを特徴とする装置
   。 ８　クレーム乙に記載したとおりの装置にて。 複素振幅の変化を指示する手段が光学式走査器（１９）
   であり、記録光線の強度が各複素振幅の時間を基準とす
   る変化の信号によって変調されることと、計算器で計算
   される各複素振幅について１サイクルごとに逐次的に得
   られる値を格納するメモリと、各複素振幅の時間を基準
   とする変化の全信号を逐次的に該メモリに読込む複数の
   手段とを備えていることを特徴とする装置。