JPS6132635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、音波エネルギ・ビーム形成装置に関
し、更に詳細には受信音波エネルギ・アナログ信
号をデイジタル指数（対数）表示信号に変換する
標本回路を有するビーム形成装置に関する。

（背景技術） 放射エネルギを受信するための素子アレイ、例
えばレーダ用のアンテナ・アレイ又はソナー用の
トランスデユーサ・アレイは、放射エネルギ源の
位置をつきとめるための受信ビームを形成する電
気回路とともに利用される。受信素子アレイに向
つて伝搬する放射エネルギ信号は、放射源の強さ
および受信素子からの距離に従つて、その振幅が
広範囲に変動する。受信ビームを形成するのに使
用される電気回路は、振幅の広範囲の変動に応答
する必要のあるデイジタル標本抽出（サンプリン
グ）回路、及び受信ビームの指向性パターンを処
理してより正確なパターンを発生するため各受信
素子の信号に重み付け係数を乗算する乗算回路を
含むことが多い。

複数の受信ビームを発生する場合には、各受信
素子が受信した過去の標本（サンプル）データを
記憶しておかなければならないという問題が生じ
る。広い変動範囲を有する信号の場合は、一定振
幅の信号に対するよりもはるかに多いビツト数の
デイジタル標本を記憶することが必要となる。変
動範囲を減少させるために受信信号の増幅部にし
ばしば自動利得制御が利用されるが、信号伝搬路
に沿つて急速なフエージングや、ソナーの場合に
発生することのある残響による多重通路反響の急
激変化が生じる場合には、その自動利得制御の使
用は困難か不可能である。更に、前述の重み付け
を行うためのデイジタル乗算は、乗算器に与えら
れる各デイジタル標本のビツト数が、ほぼ一定の
信号強度の場合にビームを形成するのに必要とな
るビツト数よりもはるかに多い場合には、非常に
わずらわしいものとなる。

（発明の概要） 本発明によれば、各受信素子によつて与えられ
る信号を幾何級数的に標本抽出するビーム形成装
置によつて、前述の問題は解消され、そして他の
利点がもたらされる。本発明による教示は、電磁
エネルギ信号及び音波エネルギ信号の両方に適用
することができるが、本発明は特にソナーに有用
であり、従つてソナー・トランスジユーサ・アレ
イ及びそのアレイに接続され音波エネルギ・ビー
ムを形成するため幾何級数的標本抽出を利用する
回路に基いて本発明を説明する。幾何級数的標本
抽出では、ソナー信号の標本の大きさを表す各デ
イジタル数はデータ標本の実際の大きさを2Nに
近似させた指数の形（これは２を底とする対数Ｎ
で表わすことができる）をしている。このように
して、比較的少数のビツトからなるデイジタル信
号が広範囲のソナー信号振幅を表すことができ
る。これはビーム形成動作に使用される記憶容量
を著しく減少させる。また、ソナー信号振幅の対
数に乗数の対数を加算することによつて乗算処理
を行うことができるので、各トランスデユーサか
らの信号に対する重み付けを容易に行うことがで
きる。重み付けされた信号は、まずその真数が求
められ、重み付けされた真の振幅を求めてから加
え合されて受信ビームが得られる。

幾何級数的標本抽出は、トランスデユーサによ
つて受信される信号と基準信号との間に結合され
る比較器を使用するフイードバツク・ループ手段
によつて行なわれる。基準信号は、比較回路の出
力によつて駆動される連続近似レジスタにデコー
ダを介して結合されるデイジタル−アナログ変換
器から得られる。デコーダは、連続近似レジスタ
からのデイジタル数に応答して、デイジタル−ア
ナログ変換器に対して一度に１ビツトだけ有効化
させる２進数に基いて基準信号用アナログ出力が
与えられる。その結果、連続近似レジスタの出力
におけるデイジタル数は、比較器に加えられるト
ランスデユーサ信号の２を底とする対数である。

本発明の一実施例においては、デコーダからの
１組の線をデイジタル−アナログ変換器の入力端
子の複数の対応する組の１つに選択的に切り換え
るためにデコーダとデイジタル−アナログ変換器
との間に選択スイツチが結合されている。これら
の入力端子の組の１組は比較的低い振幅の信号を
表し、第２組は比較的大きい振幅の信号を表す。
これは対数信号の多重範囲を与えるもので、広変
動範囲の信号を表すのに比較的少ない数字を有す
る対数を使用することを可能にする。本発明の第
２の実施例では、デコーダが１対のデイジタル−
アナログ変換器に結合されていて、一方の変換器
が大振幅信号を表し、他方の変換器が小振幅信号
を表し、２つの変換器の出力がアナログ加算器に
接続され、このアナログ加算器が出力を互いに加
え合わせて比較回路用の基準を与えるようになつ
ている。大振幅信号で動作するデイジタル−アナ
ログ変換器は基準信号の精度を改善するために小
振幅信号が存在するときにはアナログ加算器から
切り離される。

（実施例の説明） 本発明を以下実施例に従つて詳細に説明する。

さて第１図を見ると、入射する音波エネルギー
を受信するための変換器（トランスデユーサ）２
４のアレイ２２を含むビーム形成装置２０のブロ
ツク図が示される。本発明を説明するために例と
して５個のトランスデユーサ２４を含むアレイ２
２が示されているが、アレイ２２は線状のアレイ
形状、または、例えば、円筒状アレイのように曲
面に沿つてトランスデユーサを配置することもで
きる。本発明によれば、各トランスデユーサ２４
は前置増幅器２８、幾何級数的標本抽出器３０、
この標本抽出器３０によつて与えられた標本を記
憶するレジスタ３２、記憶された標本の特定のも
のを選択するスイツチ３４、対数の加算によつて
選択標本に重み付けをするアナログ加算器３６、
および標本抽出データの対数表示を真数に変換す
る電気回路を有する対数−真数変換装置３８から
なる受信チヤンネル２６に結合される。

各チヤンネル２６は、No.1乃至No.5によつて
識別され、夫々幾何級数的標本抽出器３０に結合
される端子Ａ，ＣおよびＤ、レジスタ３２に結合
される端子Ｆ、スイツチ３４に結合される端子
Ｇ、およびアナログ加算器３６に結合される端子
Ｗを有している。端子Ａ，Ｃ，ＤおよびＦは幾何
級数的標本抽出器３０およびレジスタ３２を動作
させるタイミング信号を与えるためのタイマ４０
に結合される。チヤンネル２６の端子Ｇはチヤン
ネルに対応して番号を付された端子Ｇ１〜Ｇ５を
備えたスイツチ４２の夫々の端子に結合され、ス
イツチ４２は記憶装置４４からのスイツチ３４に
対する指令信号を選択する。記憶装置４４は各ト
ランスデユーサ２４からの信号に対する遅延量を
表す信号を記憶し、この遅延量はアレイ２２に対
する音波エネルギーの入射ビームの入射角に従つ
て決定される。装置２０にはまた記憶装置４６が
含まれていて、この記憶装置は受信ビームの重み
付けを行うために各チヤンネル２６の端子Ｗにス
イツチ４８を介して結合させる重み付け係数の対
数を記憶する。

チヤンネル２６の出力はアナログ加算器５２に
よつて互いに加算されるべきチヤンネル２６の特
定のものからの信号を選択するスイツチ５０を介
して結合される。タイマ４０からのタイミング信
号に応答するビーム選択器５４はスイツチ４２お
よび４８にスイツチ制御信号を与えかつまた端子
Ｈを経てスイツチ５０にスイツチ制御信号を与え
る。アナログ加算器５２の出力に現れる各信号は
受信ビームの標本であり、特定のビームがスイツ
チ５０およびスイツチ３４によつて決定される。
各ビームからの標本は記憶装置５６内に記憶され
るが、これらの記憶位置はタイマ４０およびビー
ム選択器５４からのそれぞれ線６０および６２を
経由してきた信号によつて駆動されるアドレス・
ジエネレータ５８によつて指定される。タイマ４
０から線６４を経由してきたタイミング信号およ
びアドレス・ジエネレータ５８から線６６を経由
してきたアドレス信号に応答して、各ビームに対
する記憶された標本は記憶装置５６からフイルタ
６８に結合されるが、このフイルタは各ビームの
標本を表示装置７０に表示させるためのアナログ
信号にする。線７２によるタイマ４０からのタイ
ミング信号および線６２によるビーム選択器５４
からの信号は、表示装置７０におけるデータの表
示を記憶装置５６の動作と同期させるために表示
装置７０に結合される。

ビーム形成装置２０は、標本抽出器３０を除い
て従来のビーム形成装置、例えば特公昭58−
48867号に開示されるものに類似している。ビー
ム形成装置における幾何級数標本抽出の説明を容
易にするため、第１図の装置２０には１つの方位
角についてビームを制御することのできるアレイ
２２が示されているが、仰角及び方位角の両方に
おいてビームを制御するようにすることは当業者
には容易である。

第１図のビーム形成装置の動作を第１Ａ図のタ
イムチヤートを参照しながら説明する。

各トランスデユーサ２４からの信号は、対応す
るチヤンネル２６によつて処理されて他のチヤン
ネルのトランスデユーサ２４からの信号とアナロ
グ加算器５２によつて加え合されるのに適する形
にされる。各チヤンネル２６においては、前置増
幅器２８がトランスデユーサからの信号を標本抽
出器３０によつて標本抽出されるのに適する大き
さに増幅する。標本抽出器３０はトランスデユー
サ信号データに関して少なくともナイキスト周波
数（Nyquist rate）でサンプリングするようにタ
イマ４０によつてクロツクされる（第１Ａ図の標
本速度）。標本は次にタイマ４０によつて標本抽
出器３０からレジスタ３２にクロツクに合わせて
入れられるが、このレジスタは音波エネルギーの
波がアレイ２２を通つて伝搬するのに要する時間
間隔中に生じる標本の数を記憶するのに十分な記
憶容量を有している。各チヤンネル２６におい
て、異なつた遅延を有する各レジスタ３２におけ
る標本が、1968年２月20日にエツチ・ジエイ・バ
リ（H.J.Barry）に対し許可された「ビーム形成
方式（Beam Forming System）」という名称の
アメリカ国特許第3370267号のビーム形成方法に
従つて、対応するスイツチ３４によつて抽出され
る。端子Ｇ１〜Ｇ５に対する指令信号の１組が記
憶装置４４からスイツチ４２を経て結合されるこ
とにより、ビーム選択器５４によつて選択された
特定のビームに従つて、各チヤンネル２６におけ
る端子Ｇに適当な選択信号が加えられる。

第１Ａ図に示す端子Ｇに対する信号G₁，G₂…
………の各々はデイジタル数を含み、そのデイジ
タル数によつて表わされるレジスタ３２の記憶位
置から所望の遅延量を有する標本データが得られ
る。より詳細には、ビーム選択器５４によつて選
択されたビーム方向について各チヤンネルに与え
られるべき遅延量をスイツチ４２を制御すること
によつて記憶装置４４から読み出してスイツチ３
４に与え、スイツチ３４はその読み出した遅延量
に対応する標本データを読み出す。適当な遅延の
標本データを選択するためのスイツチは、例えば
米国特許第4001023号明細書に示されている。

トランスデユーサ信号標本の重み付けは、スイ
ツチ４８からの端子Ｗに対する信号W₁，W₂……
……に基いてアナログ加算器３６によつて各チヤ
ンネルごとに行なわれる。信号W₁，W₂…………
の各々はデイジタル数を含み、そのデイジタル数
によつて表わされる対数表示重み付け係数が夫々
のチヤンネルの加算器３６に与えられる。重み付
け係数は、予め記憶装置４６に記憶されており、
ビーム選択器５４によつて選択されたビーム方向
に基いてスイツチ４８を介して読み出される。ア
ナログ方式における信号の重み付けは1970年にマ
グローヒル・ブツク・カンパニによつて出版され
たエム・アイ・スコルニク著の「レーダ・ハンド
ブツク」“Radar Handbook”by M.I.Skolnik
published by McGraw−Hill Book Company、
1970）の第11章の第３９図に記載されている。ア
ナログ方式の場合、各信号に乗算係数を導入する
可変抵抗器の使用によつて重み付けを行うことが
できる。デイジタル方式においては重み付けは信
号標本の大きさを表すデイジタル数を倍率または
重み付け係数である第二のデイジタル数により乗
算することによつて行われる。第１図の装置で
は、幾何級数的標本抽出器３０が信号標本の振幅
の２を底とする対数を表すデイジタル数を与える
ので、重み付けは単に信号標本の対数表示と重み
付け係数の対数とを互いに加え合わせることによ
つて行われる。これらの対数または指数は、前述
の如く記憶装置４６に記憶されていて、ビーム選
択器５４からの指令に応答してスイツチ４８によ
り各チヤンネル２６のアナログ加算器３６に対す
る端子Ｗ１〜Ｗ５に選択的に結合される。従つて
各アナログ加算器３６の出力は対数または指数の
デイジタル表示法による重み付けされた信号標本
の大きさであることがわかる。これらの対数が２
を底としているために、アナログ加算器３６の出
力に現れる２進デイジタル数は対数−真数変換装
置３８によつて各信号標本の真の振幅を表す数に
容易に変換される。対数−真数変換すなわち逆対
数変換の簡単さを示す例として、２進数100は10
進数16に等しい２の４乗の数を示す（２を底とす
る16の対数は４である）。10進数16に対する２進
表示を得るための逆対数演算は単に１を２位置左
へけた移動させることによつて行われる。従つ
て、個々のトランスデユーサ信号は受信ビームに
所望の形状を与えるようにまたサイドローブのレ
ベルを減少させるように容易に重み付けされるこ
とがわかる。

装置２０の説明を容易にするために、表示装置
７０には長残像性オシロスコープが含まれてい
て、これに各ビームにおける信号に対するアナロ
グ・データを順次表示することができ、かつ表示
の残像性が十分に長くて受信ビームによつて走査
された空間領域の完全な像を表示することができ
るものと仮定する。従つて、記憶装置５６に記憶
された種類のビームのデイジタル標本の組はサン
プリング周波数を除去するためにフイルタ６８に
よつて平滑されて、そして線７２および６２にお
けるタイミング信号に応答して表示装置７０に順
次表示される。フイルタ６８の帯域幅はトランス
デユーサ信号のデータのスペクトルを通すのに十
分に広くかつ不所望の雑音を除外するように十分
に狭くなつている。他の形式の表示装置およびフ
イルタを利用することもでき、例えば信号対雑音
比を高めるためにアナログ・フイルタの代わりに
デイジタル・フイルタを利用することもできるこ
とが理解される。

対数−真数変換装置３８の出力はスイツチ５０
に与えられ、該スイツチはその端子Ｈにブーム選
択器５４から供給されるビーム指定信号に従つて
周知の態様で指定されたビーム形成に必要となる
チヤンネルを選択し、その選択したチヤンネルの
変換装置３８からの出力をアナログ加算器５２に
接続する。加算器５２は選択されたチヤンネルか
らの信号を加算してビームを形成する。そのビー
ムはサンプリング周波数をフイルタ６８によつて
除去した後、表示装置７０に表示されるトランス
デユーサ２４によつて受信された信号が送信され
たパルス化信号の反射パルス信号である場合、表
示装置７０はタイマ４０から線７２を介して送ら
れるタイミング信号によつてトリガされ掃引を開
始し、レーダのＡスコープの如く、横軸に距離を
縦軸に受信信号強度を表示する。第１Ａ図には１
つのビームを表示するためのタイムチヤートが示
されるが、それ以上のビームを同時に表示するこ
とが望ましい場合には、信号Ｇ及びＷはそれに対
応して増加され、加算回路５２からの出力は順次
記憶装置５６の対応するアドレスに記憶され、順
次読み出されて表示装置７０に複数のビームが表
示される。その場合、スイツチ３４、加算器３
６、スイツチ５０及びアドレス・ジエネレータ５
８は、入力信号の各サンプリング周期の間に夫々
の処理を行うのに充分な速度で動作する必要があ
る。

また注記しておくと、トランスデユーサ信号標
本の対数表示の使用はレジスタ３２の記憶要件を
著しく減少させる。例えば、レジスタ３２が端子
Ｆにおけるパルスによつてクロツクされたシフト
レジスタであつてこれの各セルが多段セルであり
かつ各段が各セルに記憶された２進数の１数字を
記憶するとすれば、例えば、10進数128の対数７
を表わす３数字の２進数111は10進数128を表わす
８数字の２進数10000000の代わりに３段のセルに
記憶されることができる。３数字の２進数はトラ
ンスデユーサ信号標本の量子化の８つの可能な状
態によつてトランスデユーサ信号標本の振幅を近
似させるが、そのような標本はソナー信号標本抽
出においてしばしば行われる厳しい制限によつて
与えられる１ビツト標本抽出よりもはるかに大き
い精度を有する。

さて第２図を見ると、幾何級数的標本抽出器３
０の構成図が示されており、この標本抽出器３０
は比較回路７４、連続近似レジスタ７６、デコー
ダ７８、およびスイツチ８２によつてデコーダ７
８に結合された、以下Ｄ／Ａとして示されたデイ
ジタル−アナログ変換器８０を有している。標本
抽出器３０はさらに検出器８４、低域フイルタ８
６、および端子Ｄによつてタイマ４０に結合され
かつスイツチ８２を制御するための信号を線９０
に与える、以下においてＡ／Ｄとして示されたア
ナログ−デイジタル変換器８８を有する。また図
面には第１図に関連して説明した端子Ａ，Ｂ，Ｃ
およびＥも示されている。比較回路７４は第１図
の前置増幅器２８からの信号を受信するために端
子Ｂに結合され、かつまた端子Ｂにおけるトラン
スデユーサ信号に対して比較されるべき線９２に
おけるアナログ基準電圧を与えるＤ／Ａ８０に線
９２を介して結合されている。レジスタ７６の出
力は個々の線９４が個々の数字を表している複数
数字２進数であつて、線９４はデコーダ７８の入
力に結合されたケーブル９６、および線９０を含
みかつ端子Ｅに結合されたケーブル９８にまとめ
て入り込むものとして示されている。デコーダ７
８はスイツチ８２に結合される８本の出力線１０
０を有するものとして示されており、12本の線１
０２はスイツチ８２をＤ／Ａ８０の入力に結合し
ている。

従つて、動作のさい、比較回路７４は端子Ｂお
よび線９２における信号の相対的振幅に応じて１
または０の論理レベルをレジスタ７６に加える。
連続近似レジスタ７６は市販で入手できる装置で
あつて、例えばアドバンスト・マイクロ、デバイ
シズ（Advanced Micro Devices）によつて部品
番号Am2502として製造されている。レジスタ７
６は比較回路７４からの線１０４における信号に
応答して線９４にデイジタル数を与えるが、それ
の個々の数字は端子Ｃにおけるクロツクパルスの
個々のものに応答して順次与えられる。線９４に
現れる最初の数字は最上位のビツトであつて、こ
れがデコーダ７８を動作させて線１００を生か
し、これによつてＤ／Ａ８０が動作して、Ｄ／Ａ
８０から得られる基準信号の大きさの全範囲に関
して中間範囲の大きさを有する信号が線９２に与
えられる。例えば、線９４の信号が10進数３を表
わす２進数011であるとすると、デコーダ７８は
線１００のうち３番目の線のみに“１”の信号を
与え、これにより選択スイツチ８２は番号３の線
に“１”の信号を与え、Ｄ／Ａ８０の入力は下位
から３番目のビツトが“１”である00000100の形
の信号となり、従つてＤ／Ａ８０は10進数４の信
号を与える。線１０４における信号は次に端子Ｂ
における信号と線９２における信号との間の振幅
関係を表し、この情報は必要ならば最上位のビツ
トの値を変更するためにレジスタ７６内の論理回
路によつて利用される。例えば、端子Ｂにおける
信号が線９２における基準信号よりも大きい場合
には、線９４における最上位のビツトが高くなる
が、線９４における高電圧は１の論理状態を示し
かつ低電圧は０の論理状態を示す。例えば、端子
Ｂにおける信号の振幅が可能な最大基準信号の半
分よりも大きくかつ可能な最大基準信号の４分の
３より小さいと仮定すれば、線９４に現れる第２
の数字はまた高くなり、従つてレジスタ７６から
の３数字出力の場合には最上位のビツトと中間の
ビツトとがともに１である。従つて、デコーダ７
８からの出力線１００の第６線が生かされる。こ
の第６線がスイツチ８２を経てＤ／Ａ８０に対す
る線１０２の第６線に結合されて、Ｄ／Ａ８０が
線９２における基準信号に可能な最大の大きさの
４分の３に等しい大きさをもたせるようにする。
次に比較回路７４は基準信号が端子Ｂにおける信
号よりも大きいことをレジスタ７６に知らせ、そ
の結果レジスタ７６の出力は２進数101に変化
し、これによつて線１００の第５線が動作する。
線９４における数字のすべてがレジスタ７６によ
つて与えられた後、レジスタ７６は自動的にその
動作を終了して、端子Ａにおける信号により再び
ストローブされるまで線９４における最終のデイ
ジタル数を保持する。

端子Ａにおける信号はタイマ４０によつて装置
の標本抽出速度でクロツクされ、そして端子Ｃに
おけるクロツクパルスは第１図の前置増幅器２８
からの信号の連続した標本間の間隔よりも小さい
時間間隔内にレジスタ７６の動作を完了させるた
めにはるかに高い周波数で与えられる。第１図の
端子Ｆにおけるタイミングパルスは端子Ａのスト
ローブ信号と同じ周波数でクロツクされるが、し
かしレジスタ７６の動作の完了を確保するために
十分な時間量だけその信号から遅れている。ま
た、第１図の端子ＧおよびＷにおける信号は装置
の標本抽出速度で更新されかつタイマ４０によつ
て端子Ａ，ＣおよびＦにおける信号と同じタイ
ム・フレームで同期している。

第２図のスイツチ８２は線１００を線１０２の
最初の８本の線に結合し、または線１００を線１
０２の線５ないし１２に結合するが、スイツチ８
２のこの動作は線９０における信号が高いかまた
は低いかによつて決まる。線１０２の線１ないし
８が利用された場合、線９２における基準信号の
最大振幅は線１０２の第８線が生かされたときに
生じる。線１０２の線５〜１２が利用された場
合、線９２における基準信号の最大振幅は２の４
乗、すなわち16の係数によつて増大される。従つ
て、スイツチ８２の使用により標本抽出器３０が
線９２における基準信号の低範囲または高範囲で
動作して、例えば１ミリボルトから128ミリボル
トまでの低範囲の値または16ミリボルトから2048
ミリボルトまでの高範囲の値の端子Ｂにおけるト
ランスデユーサ信号を適応させることができるの
がわかる。高範囲または低範囲は線９０における
高電圧または低電圧によつて表示されるが、線９
０は第１図のレジスタ３２に記憶された２進数の
１つ以上のビツトとして役立つようにケーブル９
８を接続しており、このビツトはアナログ加算器
３６および対数−真数変換装置３８に送られてこ
れらの装置の数学的計算を可能にするために高範
囲または低範囲を表示する。

各線１００は加えられた２進数の別々の数字を
Ｄ／Ａ８０の入力に結合するものである。一度に
は線１００のうちの１本だけが高レベルにあるの
で、ただ８個の異なつた可能なデイジタル数が存
在し、そのうちの１つがＤ／Ａ８０に送られる。
低範囲においてはこれらの数は１、10、100……
………という値であつて、８番目の数は７個の０
が後続した数１である。高範囲においては８個の
可能な数は４個の０が後続した数１、５個の０が
後続した数１、以下、11個の０が後続した数１ま
でである。各数は先行する数の２倍であり、従つ
て、標本抽出器３０は幾何級数的標本抽出器と言
うことができる。線９４に現れるデイジタル数は
線１００における１に続く０の数を表示し、従つ
て、線１００によつて表された数の２を底とする
対数であることがわかる。

検出器８４はスイツチ８２を動作させて低範囲
から高範囲に切り換えるために端子Ｂにおけるト
ランスデユーサ信号の振幅を検出する。検出器８
４によつて検出された振幅変動は低域フイルタ８
６によつて平滑されてトランスデユーサ信号の振
幅の平均値が与えられ、この平均値がＡ／Ｄ８８
に送られる。Ａ／Ｄ８８は１ビツト・アナログ・
デイジタル変換器であつて、これは例えば、フイ
ルタ８６の出力と比較されるべき基準電圧を有す
るゲート付き比較回路でよい。フイルタ８６の出
力が基準を越えていると、線９０における信号は
高くなる。Ａ／Ｄ８８は端子Ｄを経てタイマ４０
によつて与えられたタイミング信号によつてトリ
ガされる。端子Ｄにおけるタイミング信号は端子
Ａにおける装置の標本抽出信号と同じ割合または
これより低い割合で与えればよいが、しかしなが
ら、端子Ｄにおける各タイミング信号は端子Ａに
おける信号によるレジスタ７６のストロービング
の直前にくるようにする。このようにして、スイ
ツチ８２のスイツチングはレジスタ７６の動作の
前に完了される。

さて第３図を見ると、幾何級数的標本抽出器の
別の実施例が示されており、この実施例は符号３
０Ａによつて識別されている。標本抽出器３０Ａ
には第２図において前に示された比較回路７４、
第２図のレジスタ７６に類似しているが４線出力
を有するレジスタ７６Ａ、第２図のデコーダ７８
に類似しているが４線入力および16線出力を有す
るデコーダ１０６、以下においてＤ／Ａ１０８お
よびＤ／Ａ１１０と称される２個のデイジタル−
アナログ変換器、スイツチ１１２、Ｄ／Ａ１１０
の出力インピーダンスに等しいインピーダンスを
もつ負荷１１４、ならびにアナログ加算器１１６
がある。標本抽出器３０Ａは２つのデイジタル−
アナログ変換器の使用例を説明するもので、一方
の変換器Ｄ／Ａ１０８は端子Ｂにおけるトランス
デユーサ信号の小さい値に対して比較回路７４に
基準を与えるために利用され、また第２の変換器
Ｄ／Ａ１１０は端子Ｂにおけるトランスデユーサ
信号の大きい値に対して利用される。16本の線１
１８の１つはレジスタ７６Ａからの線１２０にお
ける４数字数によつて指定されて高レベルの値を
とる。レジスタ７６Ａはまた線１２０に現れるデ
イジタル数の最上位のビツトの補数である出力を
線１２２に与える。線１２２における信号はスイ
ツチ１１２を動作させて端子Ｂに小さい値のトラ
ンスデユーサ信号が存在するときにはＤ／Ａ１１
０をアナログ加算器１１６から切り離すように
し、これによつて、線１２４により比較回路７４
に与えられる基準信号の精度を増大させる。

幾何級数的標本抽出器３０Ａの動作は選択スイ
ツチ８２が低範囲に設定されているときには第２
図の標本抽出器３０の動作と類似している。端子
Ａ，ＢおよびＣにおける信号は標本抽出器３０に
おけると同様の機能を標本抽出器３０Ａにおいて
与える。標本抽出器３０Ａの端子Ｅにおける信号
は標本抽出器３０の端子Ｅにおける信号と同様に
して利用されるが、ただし標本抽出器３０Ａは端
子Ｅにおいて４ビツトのデイジタル数を利用して
いるのに対し、標本抽出器３０は端子Ｅにおいて
３ビツトのデイジタル数とスイツチ８２の位置を
表す第４数字を与える。大振幅信号に対しては、
Ｄ／Ａ１１０およびＤ／Ａ１０８のアナログ出力
がアナログ加算器１１６によつて互いに加え合わ
されて基準１２４を与える。低い値のトランスデ
ユーサ信号に対しては、Ｄ／Ａ１１０がスイツチ
１１２によつてアナログ加算器１１６から切り離
された場合に負荷１１４がスイツチ１１２によつ
てアナログ加算器に結合されてＤ／Ａ１１０の呈
するインピーダンスと同じ値のインピーダンスと
置き換わるので、Ｄ／Ａ１０８によつて与えられ
るアナログ信号の値はスイツチ１１２の動作によ
つて変更されない。従つて、Ｄ／Ａ１０８は小さ
い信号に適合した回路を利用して、Ｄ／Ａ１１０
が回路から切り離された場合にＤ／Ａ１１０の出
力信号によつて影響されない高精度の基準を与え
ることができる。

前述の実施例は単に例示的なものであつて、そ
れの変更は当業者により容易に行われ得るもので
ある。従つて、本発明は前述した実施例に限定さ
れるべきものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による幾何級数的標本抽出を具
体化したソナー・ビーム形成装置の構成図であ
る。 第１Ａ図は第１図のビーム形成装置の動作タイ
ミングの概略を説明するタイムチヤートである。
第２図は第１図の幾何級数的標本抽出器の一実施
例の構成図であつて、デコーダとデイジタル−ア
ナログ変換器との間に選択器を使用したものを示
す。第３図は第１図の幾何級数的標本抽出器の別
の実施例の構成図であつて、これにはデコーダと
比較回路との間に２つのデイジタル−アナログ変
換器が結合されている。 （符号説明）、２２：トランスデユーサアレ
イ、２４：トランスデユーサ、２６：受信チヤン
ネル、２８：前置増幅器、３０：幾何級数的標本
抽出器、３２：レジスタ、３４：スイツチ、３
６：アナログ加算器、３８：対数−真数変換装
置、４０：タイマ、４２：スイツチ、４４：遅延
記憶装置、４６：重み付け係数記憶装置、４８：
スイツチ、５０：スイツチ、５２：アナログ加算
器、５４：ビーム選択器、５６：記憶装置、５
８：アドレス・ジエネレータ、６８：フイルタ、
７０：表示装置、７４：比較回路、７６：連続近
似レジスタ、７８：デコーダ、８０：デイジタル
−アナログ変換器、８２：選択スイツチ、８４：
検出器、８６：低域フイルタ、８８：アナログ−
デイジタル変換器、１０１：デコーダ、１０８，
１１０：デイジタル−アナログ変換器、１１２：
スイツチ、１１４：負荷、１１６：アナログ加算
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 音波エネルギ受信素子アレイと、 (b) 複数の信号チヤンネルであつて、各々が (i) 前記受信素子の１つに結合され、その受信
   素子からの標本抽出された入力アナログ信号
   のデイジタル対数信号列を出力するアナログ
   信号標本回路、 (ii) 前記標本抽出されたデイジタル対数信号列
   を複数の異なる位置に記憶する記憶装置、 (iii) 前記記憶装置の記憶位置の所定の１つから
   のデイジタル信号を出力する装置、 (iv) 重み付け係数に対応する対数を加えること
   によつて前記デイジタル対数出力信号を尺度
   付けして対数標本化信号を供給する振幅尺度
   付け装置、及び (v) チヤンネルの出力に前記尺度付けされた対
   数標本化信号に対応するアナログ真数信号を
   供給する装置、 から成るチヤンネルと、 (c) 前記チヤンネルの出力の前記アナログ真数信
   号を加算して、前記チヤンネルの各々の記憶装
   置の所定記憶位置を選択することによつて与え
   られるビーム方向に対する最大応答を有する出
   力信号を供給する装置と、から構成される、受
   信音波エネルギーを空間的に選択するビーム形
   成装置において、前記標本回路が (イ) 前記音波エネルギ信号の標本を基準信号と
   比較する比較器と、 (ロ) 前記比較器に結合され、前記音波エネルギ
   信号の標本の振幅に近似された2N（Ｎは負
   でない整数）の値を決定し、その指数を２進
   表示するデイジタル数を指定する装置と、 (ハ) 複数の出力線と前記２進表示デイジタル数
   を受ける入力とを有し、該デイジタル数に対
   応する前記複数の出力線のうちの１つの出力
   線を付勢するデコーダ装置と、 (ニ) 前記デコーダ装置の１つの出力線によつて
   表わされるデイジタル数を前記基準信号に変
   換するデイジタル−アナログ変換装置と、 (ホ) 前記デコーダ装置の出力線数よりも多い入
   力端子数を有する前記デイジタル−アナログ
   変換装置と前記デコーダ装置との間に結合さ
   れ、前記デコーダ装置の複数の出力線をそれ
   と等しい数の前記デイジタル−アナログ変換
   装置の入力端子に選択的に結合して前記基準
   信号の値の対数範囲を変化させる選択装置
   と、 から構成されるビーム形成装置。