JPS6224747B2 - - Google Patents

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JPS6224747B2
JPS6224747B2 JP54044459A JP4445979A JPS6224747B2 JP S6224747 B2 JPS6224747 B2 JP S6224747B2 JP 54044459 A JP54044459 A JP 54044459A JP 4445979 A JP4445979 A JP 4445979A JP S6224747 B2 JPS6224747 B2 JP S6224747B2
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JP
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signal
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sonar
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Jei Kurifuoodo Piitaa
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EG&G International Inc
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8902—Side-looking sonar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
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    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/529—Gain of receiver varied automatically during pulse-recurrence period
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S367/90—Sonar time varied gain control systems

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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般には海底の地形を作図するための
サイド・スキヤン・ソナー・システムに関し、詳
しくいうと、サイド・スキヤン・ソナー戻り信号
のダイナミツクレンジを減少させるための電気的
増幅器に関する。
サイド・スキヤン・ソナー・システムはこの技
術分野ではよく知られている。代表的にはそれら
システムは実質的に平面状の音響信号を放射する
ための送信用トランスジユーサと、戻り音響信号
を表わす電気的出力信号を提供するための受信用
トランスジユーサとを含む。受信用トランスジユ
ーサの出力は電気的に増幅され、処理され、この
処理された電気信号は海底地形の永久記録を提供
するためのグラフイツクス・プリンタに供給され
る。代表的には、ビームの広がり、吸収、および
音響信号が流体媒体中を移動するときに生じる他
の時間依存の影響の結果としての減衰により、到
来信号のダイナミツクレンジは非常に広く、代表
的には120dB（デシベル）の程度である。その結
果、入力信号のこの大きなダイナミツクレンジは
戻り音響信号を表わす、かつ出力表示装置により
ぴつたりと適合できるダイナミツクレンジを持つ
電気的信号を提供するために減ぜられる。
結果として使用される時変利得増幅器、一般に
はTVG増幅器と称される、は時間の関数として
変化する利得を有する。代表的には、従来技術に
よれば、これら増幅器はソナー制御装置の前面パ
ネルに位置付けされたスイツチによつて設定され
る。かくして、記録されているソナー走査の結果
を見て、熟練した技述者または操作者は利得およ
びコントラストに影響を与えるパラメータを変化
させ、美的により快い出力記録、すなわち熟練し
た操作者が予期する記録に対応する記録、を得る
ようにしている。
しかしながら、海底の地形が予期されるものと
異なる場合には、いくつかの難点が生じる。すな
わち、出力の記録は操作者の期待だけを描くこと
となり、実際の海底の地形を描かない。また、時
変利得増幅器に対する制御装置の手動操作は出力
記録に一般に記録されない値をもつ可変のパラメ
ータを既に感知状態にあるシステムに挿入するこ
とになる。従つて、後日に熟練した操作者あるい
は解説者がその記録を観察するときには、記録が
なされたときの状態を知らない可能性がある。
それ故、本発明の主な目的は時間の関数として
あらかじめ定められた利得を有する時変利得増幅
器、ならびに信頼できる、かつソナー信号が流体
媒体を移動するときのソナー信号の減衰を表わす
出力利得対時間を有する時変利得増幅器を提供す
ることである。
本発明は、短かい持続時間のサイド・スキヤ
ン・ソナー信号を発生するための少なくとも１つ
の送信用トランスジユーサと、受信した戻りソナ
ー信号の強さに対応する受信電気信号出力を提供
するための少なくとも１つの受信用トランスジユ
ーサと、前記送信用トランスジユーサから短かい
持続時間のソナー信号を繰返し発生させるための
トリガ手段とを有するサイド・スキヤン・ソナー
信号システムにおいて使用する時変利得増幅器に
関する。この時変利得増幅器は前記トリガ手段に
応答してすぐ前のソナートリガ信号から始まる経
過時間に比例する電圧レベルを有するランプ波出
力信号を繰返し発生させるための電圧ランプ波発
生器と、前記電圧ランプ波出力信号に応答して前
記電圧ランプ波信号に比例する振幅を有する第１
および第２の電流ランプ波出力信号を提供するた
めの第１および第２の電流源と、前記受信用トラ
ンスジユーサの出力に対応する前記電気信号が入
力ポートに供給され、かつ前記第１の電流源の出
力に応答して入力および出力ポート間にこの第１
の電流源の出力の振幅に比例する利得を提供する
ための第１の増幅器と、該第１の増幅器の出力が
入力ポートに供給され、かつ前記第２の電流源の
出力に応答して入力および出力ポート間にこの第
２の電流源の出力の振幅に比例する利得を提供す
るための第２の増幅器とを具備する。第１および
第２の増幅器は好ましい一実施例ではそれぞぞ演
算相互コンダクタンス増幅器である。
本発明の他の目的、特徴、ならびに利点は添附
図面を参照しての本発明の好ましい実施例につい
ての以下の記載から明らかとなろう。
以下本発明の好ましい実施例につき詳述する。
第１図を参照すると、代表的サイド・スキヤ
ン・ソナー装置はトウ・フイツシユ１２を牽引す
る船舶１０を含む。トウ・フイツシユ１２は電気
機械的ケーブル１４を通じて船舶１０に接続され
ている。トウ・フイツシユは左舷および右舷の送
信用トランスジユーサ２０、ならびに左舷および
右舷のソナー受信用トランスジユーサ２２を含
む。送信用トランスジユーサ２０は船舶からの命
令で左舷および右舷サイド・スキヤン・ソナー音
響出力信号を発生し、受信用トランスジユーサ２
２は受信ソナー信号を受信電気信号に変換する。
好ましい実施例においては、トウ・フイツシユの
両側の受信用および送信用トランスジユーサは単
一の変換素子に結合される。しかしながら、参照
を容易にするために、以下の説明および特許請求
の範囲においてはこれらはずつと別々に言及す
る。
普通、送信用トランスジユーサ２０は指向され
た２つの音響パルス信号を放射する。１つの信号
はトウ・フイツシユの右舷に指向され、他方の信
号はトウ・フイツシユの左舷に指向される。これ
ら音響信号はそれぞれ実質的に平面状をなし、垂
直平面内に配向され、海底２３に向けられる。
左舷および右舷送信音響信号はトランスジユー
サ源から外方へ放射される。信号が反射面、例え
ば魚や海底に衝突すると、入射エネルギーの一部
が反射され、そして殆んどすべての場合、その一
部が受信用トランスジユーサに向つて反射され
る。これら後方散乱音響信号はトウ・フイツシユ
に積んだ左舷および右舷受信用トランスジユーサ
２２により受信され、電気信号に変換され、そし
て船舶１０上に積んだ電子装置に供給される。
一般に、この分野で周知のように、ソナー戻り
信号のエネルギ強度は多くのフアクタの関数とし
て変化する。これらのフアクタは水中を移動する
距離（吸収損失およびビームの拡散）、反射表面
積、水の周囲条件、海底の性質、海底上の物体、
限界見通し角、および送信信号の空間的不均一性
を含む。ソナー信号が伝播する距離に依存するこ
れらフアクタの結果として、戻りソナー信号は
120dBの程度またはそれ以上のかなりのダイナミ
ツクレンジを有する。
第２図を参照すると、船舶中の電気回路の電気
信号増幅部分は各受信用トランスジユーサから電
気信号を受信する。この増幅部分は、その左舷お
よび右舷チヤネルのそれぞれ中に、時変利得
（TVG）増幅器３８を含む。この増幅器３８はそ
の出力を、ライン４０を介して、対数増幅器４２
へ供給する。これら増幅器３８および４２はそれ
ぞれ入力信号のダイナミツクレンジを減少させ
る。
時変利得増幅器３８は２つの入力信号を有す
る。ライン４４を通じての一方の入力信号は変換
された音響戻り信号に対応し、ライン４６を通じ
ての第２の入力信号は測定サイクルの開始と一致
するトリガパルスである。測定サイクルは音響パ
ルスがトウ・フイツシユから送信されたときに始
まつて次の音響パルスがトウ・フイツシユから送
信されたときに終了する時間期間と定義される。
本発明の例示の実施例によれば、時変利得増幅
器３８の設計の開始点は表面反響による海底散乱
に対する周知のソナー式である。例えば、1975年
に米国マグローヒル社より発行されたユーリツク
著の「水中音響の原理」第２版、第8.5章「表面
反響理論」（第218頁〜第220頁）を参照。従つ
て、受信信号のレベルRLsは次式の通りとなる。
RLs＝SL−40log ｒ＋Ss＋10log Ａ （式１） ここでSLは送信信号の信号レベルであり、ｒ
は受信機から散乱位置までの距離、Ssは表面の
散乱強度、Ａは散乱表面の面積である。
例示の実施例では、あらかじめ設定されたサイ
ド・スキヤン・ソナーの関係での「Ａ」の解釈は
第３図に例示されている。散乱表面（反響）の面
積Ａは特定の時間ｔに音響信号エネルギによつて
照射される海底表面の面積として解釈される。第
３図に例示するように、反響の面積は、海底表面
では、時間t0（送信パルスの継続時間、この特定
の実施例ではミリ秒の単位である）中に音響信号
が伝播する距離Ｌとビーム幅BWとを掛けたもの
にほぼ等しい。ビーム幅BWは距離ｒに送信用ト
ランスジユーサからの角度的ビーム幅Ｂを掛けた
ものに等しい。それ故、米国イー・ジー・アン
ド・ジー社のモデル272トウ・フイツシユでは、
式１は次のように書き直すことができる。
RLs＝SL＋10log t0−30log ｒ−16＋Ss （式２） ここで、ｒはメートルでの距離、t0はミリ秒で
の送信パルスの幅であり、RLs、SL、およびSs
はdBで測定される。
また、媒体中での吸収損失および周波数に依存
する受信機感度RSを考慮に入れる必要がある。
吸収損失はおおむね２αｒに比例する。ここでα
は伝播距離当りの損失である。その結果、 RLs＝SL＋10log t0−16−30log ｒ −２αｒ＋Ss＋RS （式３） となる。
例示の実施例では、次の動作パラメータが代表
的である。
SL＝126dB α＝0.02dB／メートル t0＝0.1ミリ秒 RS＝−100dB −45＜Ss＜−５ その結果、受信信号レベルRLsは、ｒの関数と
して、次のように表わせる。
RLs＝−30log ｒ−0.04r＋Ss （式４） 第４図を参照すると、例示の実施例に対する、
かつ時間（従つて距離）および見積りの散乱強度
Ssの種々の値に対する、一定の信号出力範囲を
提供するのに必要な利得が表にされている。この
データはまた、利得対時間（または距離、距離は
時間と流体媒体中の音速とを掛けたものに等しい
ので）を描くように第５図にプロツトされてい
る。
再び第２図を参照すると、時変利得増幅器の好
ましい実施例は電圧ランプ波発生器５０を有す
る。この発生器５０はその出力をライン５２を通
じて線形電流源５４および５６に供給する。これ
ら電流源５４および５６は形態が同一であり、そ
れらのそれぞれの出力をライン５８および６０を
通じて演算相互コンダクタンス増幅器６２および
６４へ供給する。増幅器６２および６４は直列に
接続され、互いに同一であり、ライン６６を通じ
て出力信号レベルを同調増幅器６８に与える。同
調増幅器６８はその出力レベルをライン７０を介
してピーク検出回路７２に供給する。ライン４０
を通じてのピーク検出回路７２の出力は時変利得
増幅器の出力であり、これは対数増幅器４２に供
給される。
電圧ランプ波発生器５０はフイードバツクコン
デンサ７６を使用して積分形態に接続された演算
増幅器７４を含み、この演算増幅器７４はその出
力にランプ波信号を発生する。この演算増幅器は
その入力の一方が接地され、その他方の入力が抵
抗７８を介して正電圧に接続されている。電圧ラ
ンプ波発生器の動作は、ソリツドステートスイツ
チ８０を通じてコンデンサ７６の両端に実質的に
短絡回路を提供するライン４６を介してのトリガ
パルスによつてリセツトされる。このトリガパル
スが存在する時間中、コンデンサ７６は放電し、
出力は抵抗８２および抵抗７８の直列組合せによ
つて決定される電圧レベルをとる。ライン４６を
通じてのトリガパルスがなくなると、ソリツドス
テートスイツチが回路を開き、コンデンサ７６お
よび抵抗８２のRC時定数によつて定まるスロー
プを有する線形ランプ波が発生される。
ランプ波発生器の出力は上記したように構造上
同一である電流源５４，５６に供給される。これ
ら電流源はこの技術分野で周知である。電圧入力
レベルにそれぞれ比例するこれら電流源の出力は
演算相互コンダクタンス増幅器６２および６４の
利得をそれぞれ制御する。例えば米国のラジオ・
コーポレーシヨン・オブ・アメリカ（RCA）社
によつて製造されたタイプ3080演算増幅器でよい
これら増幅器は時間の二乗（または時間が距離に
比例するので、距離の二乗）に比例する利得を提
供する。時間または距離の二乗に比例する利得は
実質的に、利害関係のある２〜500メートルの距
離については、上記式４の項―30log ｒ―0.04r
に対応する。好都合にも、トリガパルスによつて
提供されるランプ波を発生する際のオフセツトお
よび僅かな遅延は式４によつて要求される時間の
二乗の利得を近似する際の助けとなる。好ましく
は、トリガパルスは３ミリ秒の長さである。それ
故、２つの演算相互コンダクタンス増幅器６２お
よび６４の時変利得は良好な精度で式４と近似す
る。
変換された出力音響信号、従つて戻り音響信号
は高周波エネルギ、例示の実施例では100KHz、
のバーストであるから、同調増幅器６８は励起周
波数において狭帯域フイルタ作用をなし、不所望
な雑音を減じる。同調増幅器の出力は信号のエン
ベロープを対数増幅器４２に与えるためにピーク
検出される。同調増幅器およびピーク検出回路は
この技術分野で周知である。
例示の時変利得増幅器の出力は約60dBにわた
り変化する。これは20ないし30dB程度のダイナ
ミツクレンジを有する大部分の表示装置と一般的
には調和しない。従つて、各処理チヤネルに対数
増幅器４２を設けて時変利得増幅器の出力を入力
信号の対数に対応する信号に変換することが望ま
しくかつ有益である。これはライン４０を通じて
のTVGの出力信号のダイナミツクレンジを減少
させるだけでなく、等しい振幅の変化が到来する
変換された信号の等しい認知し得る輝度の変化に
対応する出力信号を提供する。
かくして例示の時変利得増幅器は増幅器パラメ
ータの手動調節の要件を除去した固定の利得対時
間関数で作動する。本発明の開示した好ましい実
施例についての部品、素子等の追加、削除ならび
に他の変形、変更はこの分野の技術者には明らか
であり、特許請求の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はサイド・スキヤン・ソナー・システム
の一例を示す概略構成図、第２図は本発明の好ま
しい実施例によるサイド・スキヤン・ソナー・シ
ステムの冒頭の増幅回路を示すブロツク回路図、
第３図は本発明の例示の実施例による選択された
時間における散乱領域を示す概略図、第４図は本
発明の例示の実施例に対する時変利得増幅器の利
得対時間の関係を示す図、第５図は例示の実施例
に対する時変利得増幅器の利得対距離の関係を示
す特性曲線図である。 １０…船舶、１２…トウ・フイツシユ、２０…
左舷および右舷の送信用トランスジユーサ、２２
…左舷および右舷の受信用トランスジユーサ、２
３…海底、３８…時変利得増幅器、４２…対数増
幅器、５０…電圧ランプ波発生器、５４，５６…
線形電流源、６２，６４…演算相互コンダクタン
ス増幅器、６８…同調増幅器、７２…ピーク検出
回路、７４…演算増幅器、８０…ソリツドステー
トスイツチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 短かい持続時間のサイド・スキヤン・ソナー
    信号を発生するための少なくとも１つの送信用ト
    ランスジユーサと、受信戻りソナー信号の強さに
    対応する受信電気信号を提供するための少なくと
    も１つの受信用トランスジユーサと、前記送信用
    トランスジユーサから前記短かい持続時間のソナ
    ー信号を繰返し発生させるためのトリガ手段とを
    有するサイド・スキヤン・ソナー信号システムに
    おいて、 前記トリガ手段に応答してすぐ前のソナートリ
    ガ信号から始まる経過時間に比例する電圧レベル
    を有するランプ波出力信号を繰返し発生させるた
    めの電圧ランプ波発生器と、 前記電圧ランプ波出力信号に応答して前記電圧
    ランプ波信号に比例する振幅を有する第１および
    第２の電流ランプ波出力信号を提供するための第
    １および第２の電流源と、 前記受信用トランスジユーサの出力に対応する
    前記電気信号が入力ポートに供給され、かつ前記
    第１の電流源の出力に応答して入力および出力ポ
    ート間にこの第１の電流源の出力の振幅に比例す
    る利得を提供するための第１の増幅器と、 該第１の増幅器の出力が入力ポートに供給さ
    れ、かつ前記第２の電流源の出力に応答して入力
    および出力ポート間にこの第２の電流源の出力の
    振幅に比例する利得を提供するための第２の増幅
    器 とを具備することを特徴とする時変利得増幅
    器。 ２ 前記第１および第２の増幅器がそれぞれ演算
    相互コンダクタンス増幅器である特許請求の範囲
    第１項記載の時変利得増幅器。 ３ 前記第２の増幅器の出力に応答して選択され
    た狭い周波数帯域に従つてその出力信号をフイル
    タするための同調増幅器と、 該同調増幅器の出力に応答して該同調増幅器の
    出力信号のエンベロープに対応する出力信号を提
    供するためのピーク検出回路 とを含む特許請求の範囲第１項記載の時変利得
    増幅器。
JP4445979A 1978-04-14 1979-04-13 Improved time variable gain amplifier of sideescannsonar applying device Granted JPS54138469A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/896,240 US4198702A (en) 1978-04-14 1978-04-14 Time varying gain amplifier for side scan sonar applications

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Publication Number Publication Date
JPS54138469A JPS54138469A (en) 1979-10-26
JPS6224747B2 true JPS6224747B2 (ja) 1987-05-29

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4445979A Granted JPS54138469A (en) 1978-04-14 1979-04-13 Improved time variable gain amplifier of sideescannsonar applying device

Country Status (8)

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US (1) US4198702A (ja)
JP (1) JPS54138469A (ja)
CA (1) CA1125431A (ja)
DE (1) DE2915069C2 (ja)
FR (1) FR2422965B1 (ja)
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