JPS6230976A

JPS6230976A - 水中探知装置

Info

Publication number: JPS6230976A
Application number: JP60170040A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Umehara; 洋一梅原; Masaaki Tsujimoto; 正明辻本; Yoshinari Yoshida; 善成吉田
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-02-09

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】３、発明の訂Ｍ１１な説明（産業上の利用性！Ｉｆ）この発明は、広範囲方向に超音波パルスを送受波して水
中探知を行なう水中探知装置に関し、水中の各々の方向
を探知する場合に、水中の所望方向以外の不要方向から
帰来する反射波による影響を受けないようにすることを
目的とし、特に、出願人が先に提供した特願昭８０−１
１９３２５号の改良に関する。

（従来の技術）水中の広範囲方向を瞬時に探知する場合、一般には、広
範囲方向に超音波パルスを同面に送信して、各方向から
帰来する反射波を各方向ｉｉｊに別個に抽出する。各方
向の反射波の抽出は、各力面から帰来する反射波を複数
個の超音波振動子で受波して、名振動子の受波信号を公
知のごとくして位相合成することにより、特定の方向に
受波感度を看する指向性受波ビームを形成する。そして
、指向１１１受波ビームを各々の方向毎に多数形成して
、それぞれの方向の指向性受波ビームによって各方向か
ら帰来する反射波を各方向４ｒｆに別個に受波す上記に
おいて、複数個の超音波振動子の受波信号を位相合成す
るとき、特定方向に最も強い受波感度が形成されると同
時に、不要方向にも極めて弱いが受波感度が形成される
。この不要方向の受波感度は通常副極ビームと呼ばれて
いる。

上記の広範囲水中探知装置において、副極ビームの指向
方向から帰来する反射波の強度が比較的強い場合、表示
映像に種々の弊害を生じさせる。

例えば、直下の７１６底を含む広範囲各方向に超音波パ
ルスを送波してその反射波を受波する場合、直下の海底
方向からは極めて強い反０４波が帰来する。

従って、上記位相合成によって形成される受波６ビーム
が、直下の１１＋ｊ底に対して斜め方向を指向している
ときでも、直下の海底方向からの反射波が上記副極ビー
ムによって受波される。その結果、表示映像上にはＭＵ
極ビームによる受波信号が虚像として表示される。

出願人は、この欠点を解消する装置として、特願昭８０
−１１９３２５弓を提供した。

この装置は、第２図に示すように、水中の探知範囲角Ｏ
を複数区間０１．０２、θ３．０４に分割して、各分割
区１１１０１工に異なる周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４
のＡイ１７’Ｗ波パルスを送波する。この超音波パルス
の送波は複数個の超音波振動子を配列して各振動子を励
振する励振信号の位相を制御することにより、０１．０
゜、０３．０４の各方向に超音波パルスを送波する。配
列される超音波振動子は周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４
ノ励振パルスによって励振される。

水中からの反射波は超音波振動子の各々によって受波さ
れた後、各方向からの反射波の周波信号が共通の周波信
号ｆ。に周波数変換される。周波数変換された各超音波
振動子の受波信号を特定の一方向θに指向性を有する指
向性受波ビームＢを形成する。そして、指向性受波ビー
ムＢの指向方向０と探知範囲者θ内に高速度で変化させ
る。

このようにすると、指向性受波ビームＢｒが０１方向の
分割区間内にあるとき、分割区間θ２．０３方向から帰
来する反射波は周波数ｆ２、ｆ３の、ｔｆｌｉ”を波信
号であるから、この受波信号が０１方向の受波信号に混
入することはない。従って、副極ビームによる虚像が表
示されることはない。

ところが、第２図に示す指向性受波ビームＢ、にも若干
の副極ビームが形成されており、例えば、指向性受波ビ
ームＢ、が分割範囲角０１内にあるときθ１内から帰来
する反射波が、指向性受波ビームＢｒの指向方向θ、か
ら帰来する反射波に比して信号レベルが比較的強い場合
、その反射波が副極ビームによって受波される可能性が
ある。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は、出願人が提供した特願昭［１０１１８３２
５号をさらに改良するもので、上記説明の第２図の分割
範囲角０□、０２．０３．０４内においても副極ビーム
の影響をさらに改良するものである。

（問題点を解決するための手段、作用）問題点を解決す
るための手段として、指向性受波ビームの指ｉ！−＋特
性と第２図に示す分割範囲角０１．０２．０３．０４と
が特定、の関係に設定される。さらに具体的に言えば、
この発明においては、第３図に示すような指向性受波ビ
ームが形成される。

第３図の指向性受波ビームにおいてはニド極ビーム九に
対して副８ｉＢ、が対称に形成され、−に極ビームＢ２
と副極ビームＢｓとのレベル差Ｖは比較的小さい。しか
し、副極ビームＢ、は主極ビームＢ１，１に対して比較
的離れた方位方向Ｏｓｌに形成され、主極ビームＢ、ｌ
からθＳＯの方位範囲では副極ビームＢｓによる受波感
度は生じないように設定されている。

指向性受波ビームの指向特性を第３図のように設定する
一方、第２図における分割範囲角θ１．０２．００を、
第３図に示す副極Ｂｓの非出現範囲角θ８゜以内になる
ように設定する。

このようにすると、例えば、第２図において、指向性受
波ビームＢ、は分割範囲角０１内にあるとき、分割範囲
角θ１内においては主ビームＢ、Ａ１７）指向方位θ、
以外から到来する超音波信号に対しては受波出力は生じ
ない。なお、他の分割範囲角θ２．θ３、θ４から到来
する超音波信号に対しては、周波数が異なるから、受波
出力が生じることはない。

（実施例）第１図において、■は超ｒｆ波送受波器、２は送倍信号
生成器、３は４昆合信号生成器、４．５．６及び７は移
相器、８は移相制御器、９はマルチプレクサを示し、こ
れらは、出願人が先に提供した特願昭８０−１１９３２
５号と同様に動作する。

すなわち、Ｉｔｆｉ音波送受波器１は複数個の超音波振
動子が配列されて構成され、第１図の実施例では８個の
超音波振動子１０１乃至１０８が直線状に配列されてい
る。

超ｒｆ波振動子ｌ旧乃至＋０８は、送受切換器ｌＯ乃至
１７を経て送信信号生成器２から導かれる励振信号に励
振されて水中に超音波パルスを送波する。

送信信号生成器２は、特願昭１３０−１１９３２５号と
同様にして、水中の探知範囲を複数区間に分割して各分
割区間毎に異なる周波数の超音波パルスを送波させる。

この実施例においては、第２図に示すように、水中の探
知範囲角θを０１．０２．０３．０４に４分割して、各
分割区間４σに周波数ｆ１、＋２、＋３、＋４ノ超音波
パルスを送波させる。さらに、各分割区間０１．０゜、
０３．０４の各方向に送信される超音波パルスは、各方
向４σに微少時間づつ異なって順に送信される。この場
合の微少時間は、特願昭６０−１１９３２５号で説明し
たように、超音波パルスの距離分解能を考慮して、各方
向に送信される超音波パルスの時間ずれによる影響が無
視し得る程度に設定される。

超音波送受波器ｌから送信され、水中の探知物から帰来
する反射波は超ｒｔ波振動子１０’ｌ乃至　＋０８によ
って受信された後、送受切換器１０乃至１７の各々を経
て移相器４．５．６、及び７へ導かれる。

移相器４．５．６．７の各々は、′４′ｊ願ｒｌ／１６
０−１１９３２５号と同様に、第２図の各分割範囲各０
１、ｏ２、θ３、θ４から帰来する各周波数の超音波信
号を共通の周波数に変換する。例えば、移相器４はθの
範四角から帰来する周波数ｆ１の超音波信号を周波数ｆ
ｏに変換する。又、移相器５．６．７の各々は、θ２、
θ３．０４、の範囲角から帰来する＋２、＋３．＋４の
周波信号を周波数ｆ。に変換する。

移相器４．５．６．７は、それぞれの周波数の超音波信
号を共通の周波数に変換した後、超音波振動子１０１乃
至＋０８の受信信号を各々別個に特定部づつ移相する。

この移相動作は、移相制御器８から導かれる周波信号と
超音波振動子＋０１乃至１０８の各受波器けとを各々別
個に混合することにより行われる。移相器４においては
混合回路４２１乃至４２８において行われ、移相器５．
６．７、においては混合回路５２１乃至５２８、８２１
乃至６２８゜７２！乃至７２８において行われる。そし
て、各受波信号の移相器は、特願昭ＢＯ−１１９３２５
号で説明したように、超音波振動子ｌｏｔ乃至１０８の
受波信号を合成して形成される受波ビームの指向方向が
、探知範囲角θ内を高速度で変化するように、超音波振
動子＋０１乃至１０８の各受波信号が特定の移相関係を
保ちながら高速度で変化させられる。

」−記において、共通周波数への変換は混合信号生成器
３から出力される程合信号と超音波受信信号とを混合す
ることにより行われる。例えば、移相器４においては、
周波、数ｆ１１の混合信号が程合回路４０１乃至４０８
に導かれてＩＥ音波振動子＋０１乃至＋０８の受信信号
と程合され、その混合出力中から差周波成分、あるいは
和周波成分をフィルター特徴１乃至特徴８によって抽出
することにより、周波数ｆ。の周波信号に変換する。従
って、混合信号ｆＩＩは、ｆ、、　−ｆ、＝　ｆ。

あるいは、ｆ＋　！＋　ｆ　、＝＝　ｆ。

になるように周波数が設定される。

同様にして、移相器５．６．７には、周波数ｆ１２ｆ１
３　”＋４　’の混合信号がそれぞれ導かれて、周波数
ｆ２、＋３、＋４の各受信信号を周波数ｆ。の受信°信
号に周波数変換する。

移相器４．５．６．７によって移相された受信信号はマ
ルチプレクサ９を経てウェイト付は回路１８並びに１９
へ導かれる。マルチプレクサ９は移相制御器８によって
切換動作を行ない、移相器４．５．６．７の出力を切換
えて送出する。この９】換動作は、特願昭８０−１１９
３２５号と同様にして、第２図に示す受波ビームＢ、が
分割範囲角θ１にあるとき、移相器４の出力信号がマル
チプレクサ９から送出される。同様にして、受波ビーＪ
−，Ｂｒが分割範囲角θ２．０３．θ４の範囲内にある
とき、マルチプレクサ９は移相器５．６．７の出力性す
を１１「（に切換えて送出する。

ウェイト伺は回路１８並びに１９は、マルチプレクサ９
の出力信号、従って、超ｎ−波振動子＋０１乃至１０８
の受信信号を、各受信信は毎に振＋１制御する。

ウェイト伺は回路１８並びに１９は、例えば、抵抗減衰
器で構成され、各受信信号を振１＋制御する。この振幅
制御は、第３図に示す指向４′ｆｔ’ｌの受波ビームが
形成されるように行われる。

第３図に示す指向性受波ビー１１は、いわゆる、和差法
の原理を用いて生成される。すなわち、第４図（Ａ）に
示すように、実線で示す和ビームパターンＢと点線で示
す差ビームパターンＢ２を生成して、この両ビームパタ
ーンを合成することにより、第４図（Ｂ）に示す合成ビ
ームパターンを生成する。

上記において、和ビームパターンＢ１は、ウェイト伺は
回路１８、加ｑ回路２０、フィルター２１及び検波回路
２２によって生成され、この和ビームパターンＢ１は特
願昭８０−１１０３２５号で形成した指向性受波ビート
に相当する。

加算回路２０は、ウェイト付けされた各和音波振動子１
０１乃至１０８の受波信Ｖ（を加算し、従って、各受波
信号を移相合成して出力する。フィルター２１は加算回
路２０の出力中から特定の周波信号を抽出して検波回路
２２へ出力する。検波回路２２はフィルター２１の出力
信号を包路線検波して出力する。

これによって第４図Ａの和ビームパターンが形成される
。

−・方、差ヒームパターンＢ２は、ウェイト付は回路１
９、加算回路２３、フィルター２４、検波回路２５によ
って形成される。

ウェイト付は回路１９は、マルチプレクサ９から出力さ
れる超Ｐ′ｆ波振動子＋０１乃至１０８の受信信号のう
ち適当な超音波振動子の受信イへ号を振ＩＩＩ制御した
後、加算回路２３へ出力する。加算回路２３は、ウェイ
ト伺け５れた受信信号を７７いに加算し。

従って、受信信号を移相合成して出力する。

加算回路２３の出力はフィルター２４において特定の周
波信号が抽出されて検波回路２５へ導かれる。

検波回路２５はフィルター２４の抽出出力を包ｔｄＳｉ
ＩｉＩ検波してその負出力を送出することにより、第４
図（Ａ）に点線で示す差ビームパターンＢ２を形成する
。

この差ビームパターンＢ２は、和ビームパターンＢ１の
主ビームに対しては検波出力が小さく、和ビームパター
ンＢ１の主ビームに近接する。第１副極、第２副極等に
対しては検波出力が太きくなるように、没定される。こ
のような差ビームパターンは、超音波振動子＋０１乃至
１０８の受信信号のうちから差ビームパターンを形成す
るのに必要なものを選定して、それぞれをウェイトイ・
ｊけすることにより形成することができる。

和ビームパターンＢ１を出力する検波回路２２の出力と
差ビームパターンＢ２を出力する検波回路２５の出力は
加算回路２６においてｉｒいに加算される。差ビームパ
ターンＢ２は和ビームパターンＢ１に対して逆極性に形
成され、加算回路２６からは、和ビームパターンＢの検
波出力から差ビームパターンＢ２の検波出力を相殺した
検波出力が出力される。その結果、第４図Ｂに示す合成
ビームパターンが形成される。

この合成ビームパターンは、第３図で説明したように、
主ビームＢいに対して比較的大きな副極ビームＢ８が形
成されるが、副極ビームＢ、は主極ビーム色、から比較
的離れた位置に生じ、主ビームＢＩｌ＋から一定の範囲
谷内Ｏｓｏにおいては、副極ビームによる受波感度はほ
とんど生じない。

加算回路２６から出力される合成ヒーＪ・パターン（第
３図）の主ビームＢ、（７）指向方向は移相制御器８に
よって水中探知範囲各θ内を走査する。水中探知範囲角
θは第２図で説明したように、０１．０□、θ３．θ４
の探知範囲角に分割されている。そして、各分割範囲角
に異なる周波数の超音波パルスが送受波される。従って
、合成ビームパターンが分割範囲角０１内において形成
されるとき、周波数ｆ１のａ？Ｒ波パルスによって形成
されるから、他の周波数の超音波パルスによって受信信
号が生じることはない。そして、分割範囲角θ、内にお
いて、分割範囲角０１を、第３図合成ピーｌ、パターン
の副極ビームのＪ１出現範囲角Ｏｓｏから帰来する反Ｑ
１波のみが受波される。なお、第２図における分割範囲
角０１．０２．０３．０４の設定は、送信信号生成器２
から出力される励振信号の移相関係を適宜設定すること
により、任意に設定することができる。

加算回路２６の出力は映像増ＩＩ器２７で増ｍされた後
表示器２８へ導かれる。表示器２８は掃引回路２８によ
って画素走査が行われ、掃引回路２９はキーイングパル
ス生成回路３０にノ１（づいて送信信号生成器２の送信
動作、移相制御器８の移相動作に回期して画素走査を行
なう。その結果、表示器２８の表示画面」二には、第２
図の受波ビームＢｒによって探知される探知物体からの
反射波は、表示器２８と夕４応した方位、位置に表示さ
れる。

なお、第１図の実施例においては、移相器４．５．６．
７によって周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の超音波パル
スによる受波信号が共通の周波信号ｆ。に周波数変換さ
れるが、出願人が特願昭ＢＯ−１２８９４９号で提供し
たように、一つの移相器を共通に使用して各周波数の周
波数変換を行なうこともできる。

（発明の効果）以上説明のように、この発明においては、水中の探知範
囲角を複数区間に分割１．て、名分側区間ｉＦｇに異な
る周波数のＪｆｌ　’ｔｆ波パルスを送受波すると同時
に、指向性受波ビームの指向特性を工夫することにより
、副極による不要方向から到来する超音波信号による影
響をなくすものである。従って、受信器の受波感度を極
めて大きくした場合でも不要方向の到来波による受信出
力が生じることがないから、極めて微弱な反Ｑ１信１）
をも検出し得る品枯Ｉｆｆな氷中探知装置を１！）るこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図はその水中探
知状況を説明するための図、第３図及び第４図はその指
向性受波ビームを説明するためのい図を示す。１・・・・・・超音波送受波器、２・・・・・・送信信
号生成器、４乃至７・・・・・・移相器、８・・・・・
・移相制御器、９・・・・・・マルチプレクサ、１０乃
至１７・・・・・・送受切科器。１８．１９・・・・・・ウェイト伺は回路、２ｏ・・団
・加算回路、２１・・・・・・フィルター、２７映像増
巾器、２８・・・・・・表示器、２８・・・・・・掃引
回路、３０・・・・・・キーイングパルス生成回路出願人　　−１゛野゛市気株式会ン１才　Ｚスオ　！　Ｖ才介１

Claims

【特許請求の範囲】

複数個の超音波振動子が配列されて構成される超音波送
受波器の各超音波振動子の励振信号の位相を特定の位相
関係にすることによりあらかじめ定めた範囲角方向に超
音波信号を送信し、該送信信号による水中物件からの反
射波を該超音波送受波器によって受信する水中探知装置
において、上記反射波を受信する上記複数個の超音波振
動子の各受信信号を位相合成して指向性受波ビームを形
成し、かつ、該指向性受波ビームの指向方向を上記超音
波信号を送信する範囲角内において変化させると同時に
、該指向性受波ビームの主極ビームに対する副極ビーム
の方位角を上記超音波信号を送信する範囲角より大きく
なるように設定することを特徴とする探知装置。