JPS6283682A - 広範囲水中探知装置 - 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】 （ａ）技術分野 この発明は、広範囲方向に超音波パルスを送受信して水
中の広範囲方向を探知する水中探知装置に関し、特に、
分解能を低下させることなく、より広範囲を探知できる
ようにした水中探知装置に関する。

（ｂ）従来技術とその欠点 水中の広範囲方向を探知する場合、一般には、広範囲方
向に超音波パルスを同時に送信して、各方向から帰来す
る反射波を各方向毎に別個に抽出する。各方向の反射波
の抽出は、各方向から帰来する反則波を複数個の超音波
振動子で受信して、得られた各振動子の受信信号を位相
合成することにより、特定の方向に受信感度を存する指
向性受信ビームを形成する。そして、この指向性受信ビ
ームによって探知範囲を走査して、各方向毎に帰来する
反射波を受信する。

このようにして超音波振動子群の受信信号を位相合成す
るとき、特定方向に最も強い受信感度が形成されるが、
不要方向にも極めて弱いながら受信感度が形成される。

この不要方向の受信感度は通常副極ビームと呼ばれてい
る。

従来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。

たとえば、直下の海底を含む広範囲方向に超音波パルス
を送信してその反射波を受信する場合、直下の海底方向
から極めて強い反射波が帰来する。

したがって、上記位相合成によって形成される受信ビー
ムが、直下方向ではなく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
って受信される。その結果、表示映像上には副極ビーム
による受信信号が虚像として表示される。第５図におい
て、Ｂは真の海底線の表示映像を示し、Ｂ゛は副極ビー
ムによる海底の虚像を示す。

このような副極ビームによる弊害を除去する方法として
超音波パルスを送信する広範囲角番複数区間に分割して
、各区間毎に異なる周波数の超音波パルスを送受信する
方法を、同出願人はすでに出願しているが、たとえば第
６図に示すように超音波振動子群からなる超音波振動子
ユニットによる走査範囲をθとし、その範囲をθ１〜θ
４に分割し、それぞれｆｏｌ””ｆ０４まで異なった超
音波パルスを用いて送受信を行う。この方法によれば、
たとえば探知範囲角θ１を走査している途中においてθ
２から反射波が帰来しても超音波の周波数が異なるため
ｆｏｌの超音波のみ抽出することができ、影響を受けな
い。

このような水中探知装置は超音波振動子群たとえぼりニ
アアレイ型のものを用いることによって分解能を容易に
高めることができる。しかし、リニアアレイ型の探知範
囲角は約１２０度が限界であり、それ以上の広範囲に亘
って探知することができない。そこで、超音波振動子群
からなる超音波振動子ユニットを複数個設け、探知範囲
を分担するように用いることによって全体として広範囲
を探知することができるが、ただ単に複数組設けただけ
では幾つかの弊害が生じる。第７図（Ａ）に示すように
超音波振動子ユニットを２つ設け、それぞれ周波数ｆ。

ｌ”””　ｆ　Ｏｔ””　ｆ　Ｏｆ→ｆ（１４の順に走
査を行う場合、ｆ０４の超音波パルスが送信されるタイ
ミングはｆｏｌよりわずかながら遅れる。このため、超
音波振動子ユニフ）Ｚ＋＋によるｆ０４の反射波と超音
波振動子ユニッ）Ｚ＋ｚのｆｉｌの区間における反射波
の受信タイミングに相当なずれを生じる。したがってこ
のようにして得られる海底像およびエコーが不連続とな
る問題がある。一方、第７図（Ｂ）に示すように走査の
順序を左右対称にすることによって海底像およびエコー
に連続性を持たせることができるが、図に示した例の場
合、超音波振動子ユニットＺＩｌがｆ０４の区間を走査
しているとき、Ｚｌ！によるｆ０４の区間の反射波を副
極ビームが受信することになり、この部分において虚像
が生じるおそれがある。

（Ｃ）発明の目的 この発明の目的は、副極ビームによる虚像を除去すると
ともに海底像やエコー等に段差のない像を得ることを可
能とし、しがも分解能を低下させることなく、広範囲の
水中を探知できるようにした広範囲水中探知装置を提供
することにある。

（ｄ）発明の構成および効果 この発明は要約すれば、電子的に一方向に走査され、一
定方向に指向性を有する超音波を送信するりニアアレイ
型超音波振動子群からなる超音波振動子ユニットを備え
、そのユニットによる走査範囲を複数区間に分割すると
ともに、各区間での超音波振動子の発振周波数が異なる
ようにした水中探知装置において、前記ユニットを複数
個設けるとともに、隣接するユニットの２つの走査範囲
において各範囲に隣り合う２つの区画の各々に対する超
音波送信タイミングが同一となり、がっ、その隣接する
区間の各々に対する送信周波数が異なるように超音波振
動子を駆動する手段を設けたことを特徴とする。

以上のように構成することによって、各隣接するユニッ
トの２つの走査範囲において各範囲に隣り合う２つの区
間の海底像およびエコーが連続性を失わず、またその２
つの区間が異なった周波数の超音波パルスによって探知
されるため、互いに１渉することなく、海底像およびエ
コーに虚像が生じない。

ｔｅｌ実施例 く探知範囲の分割〉 第１図はこの発明の実施例である広範囲水中探知装置の
作動状態を表す図である。図より明らかなように超音波
振動子ユニッ）Ｚ＋□の走査範囲と２、□の走査範囲に
おいて各範囲に隣り合う２つの区間はｆ０４とｆｏＩの
異なる周波数であり、またＺ目はｆ　ｏ＋＝　Ｅ　ｏｚ
−ｆ　ｏｆ””　ｆ　０４の順に走査するのに対して、
Ｚｘｚはｆ　０４”””　ｆ　０３−　ｆ　ＱＺ−ｆ　
１１１の順に走査を行う。したがって、海底像およびエ
コーは各区間の時間差は極わずかであるため像のずれは
ほとんど問題とならない。

〈全体のブロック図〉 第２図はこのような２つの超音波振動子ユニットを用い
た水中探知装置のブロック図である。Ｚ目および２＋２
は上述の通り、それぞれ超音波振動子を直線上に配列し
てユニット化した超音波振動子ユニットである。送受信
回路（Ｉ）と送受信回路（ＩＩ）はそれぞれ超音波振動
子ユニットＺｔ＋と２＋２を駆動して超音波パルスを送
信し、またＺｌｌと２１□が受信した信号を受信する。

超音波振動子ユニッｌ−ｚ、□と送受信回路（Ｉ［）の
端子Ｔ１〜Ｔ８との接続はＺｌｌの場合と対称関係にあ
る。このため、第１図においてＺＩｌは探知範囲をＳ、
　−Ｓｌの方向に走査するのに対して、Ｚ１□はＳｌ　
−ｓｌの方向に走査することになる。１３はキーイング
パルス生成回路であり、送受信回路（１）、（■）に対
してトリガ信号を与える。両送受信回路はこの信号に基
づいて超音波パルスを第１図に示したように所定の順に
送信する。送受信回路（Ｉ）、（ＩＩ）の出力信号は加
算され、増幅器１６によって増幅され、表示装置１４に
その出力信号が与えれる。掃引回路１５はキーイングパ
ルスに同期して表示装置１４の掃引を行う。なお、表示
装置１４はいわゆるラスクスキャン方式の表示管を用い
、表示すべき内容を記憶するメモリを備え、さらに送受
信回路（１）、　　（ｎ）から出力された信号を極座標
系から直交座標系に座標変換して表示用メモリに書き込
む機能を備えている。

く送受信回路〉 第３図は第２図に示した送受信回路（Ｉ）、’（■）の
具体的な回路図である。Ｔ、−Ｔ、は超音波振動子ユニ
ットＺ＋＋を接続する端子であり、振動子ユニットは８
個の振動子より構成されているく送信部〉 送信信号生成回路２は、出願人が特願昭５７−１３７７
４５号で示した多相周波信号の生成装置が用いられる。

すなわち、カウンタ２０１によってＲＯＭ２０３の記憶
データが読み出されるとき、ラッチ回路２０４から出力
される８相の周波信号が接続端子Ｔ１〜Ｔ８に導かれる
。

なお、このとき切換器３０１〜３０８は増幅器２１６の
出力が端子Ｔ　Ｉ””　Ｔ　ｓと接続されるように切り
換えられている。

超音波振動子ユニットから送信される超音波信号の合成
指向特性は各振動子を励振する励振信号の位相関係によ
って決定される。そして、励振信号すなわち矩形波列の
位相関係はＲＯＭ２０３の記憶データによって適宜設定
することができる。

ＲＯＭ２０３はカウンタ２０１によって記憶データが読
み出されるが、その読み出し領域が数値設定回路２０７
によって切り換えられる。読み出し領域の切り換えは第
１図に示した探知範囲角θ目における４つの領域に切り
換えられるように設定されている。

数値設定回路２０７はカウンタ２０８の計数値に対応し
てＲＯＭ２０３の読み出し領域を順次切り換え指定する
。そして、第１領域が指定されている間、カウンタ２０
１の読み出しによって生成された矩形波が超音波振動子
ユニットに導かれるとき、第１図に示した探知範囲角θ
１．におけるθ１の範囲角方向に超音波信号が送信され
る。すなわち、第１領域においては、超音波振動子ユニ
ットから出力される超音波信号の合成指向特性がθ１の
範囲角方向になるように、上記矩形波列の位相関係が設
定されている。次に第２領域に切り換えられると、超音
波信号の送信方向が、第１図に示した探知角θ、におけ
るθ２の範囲角方向になるように各矩形波列の位相関係
が設定される。同様にして、第３領域、第４領域が設定
されているＲＯＭ２０３の第１領域〜第４領域までの読
み出し領域の切り換えは、カウンタ２０８によって掻め
て短時間内に行われる。カウンタ２０８はゲー）２０９
を経て導かれるクロックパルス源２１０のパルス列を計
数する。ゲート２０９はキーイングパルス生成回路から
キーイングパルスが出力されたとき導通して、カウンタ
２０Ｂが桁上げパルス（第４図中Ｃ）を出力するまでの
間導通ずる第２図に示したキーイングパルス生成回路１
３は、第４図においてａに示すように、周期Ｔ０のパル
ス列を生成し、これによって超音波パルスの送信が開始
される。

ゲートパルス生成回路２１４はゲート２０９の導通時間
Ｔ、に第４図においてｄに示すゲートパルスＰｒ　、Ｐ
ｚ　、Ｐｓ　、Ｐ４を生成する。このゲートパルスはゲ
ー１−２１５から出力される矩形波列をゲートパルスの
発生時間だけ通過させる。

カウンタ２０８は、上記のようにして数値設定回路２０
７を制御して超音波パルスの送信方向を制御すると同時
に、各方向に送信する超音波の周波数をも制御する。す
なわち、このカウンタの出力はデコーダ２１２に導かれ
て、ゲート２１１を制御することにより行われる。分周
回路２０２はクロックパルス源２０６のパルス列を分周
して周波数が異なる４種類の分周波をそれぞれ生成する
、したがって、ゲート２１１が順に導通ずるときＯＲ回
路゛２１３を経て周波数の異なる分周波がカウンタ２０
１に導かれる。

このことによって第１図に示した探知範囲角θ目におけ
るθ倉、θ雪、θ謬、θ４の各方向に周波数がｆ　０１
＋　　ｆ　ＯＺｒ　　ｆ　Ｏ１＋　　ｆ　０４のそれぞ
れ異なる超音波パルスが送信される。

く受イ８部〉 超音波振動子ユニットは水中に超音波パルスを送信した
後、水中からの反射波を受信して各超音波振動子の受信
信号を送受切換器３０１〜３０８を経て移相回路４．　
５．　６および７の各々へ共通に送出する。各々の移相
回路４．５．６および７は同様に構成され、移相回路４
について見ると、混合回路４００．フィルタ４１０．混
合回路４２０で構成される。混合回路４００およびフィ
ルタ４１０は超音波振動子の受信信号中から特定の周波
数を抽出する。混合回路４２０は抽出した周波信号を特
定量ずつ移相させる。この移相量は移相制御回路８から
出力される移相用周波信号によって決定される。また、
特定の周波信号の抽出は抽出用混合信号生成回路９から
出力される混合信号に基づいて行われる。移相制御回路
８は周波数が共通で位相がそれぞれ異なる多相周波信号
を生成する。実施例においては８個の混合回路４２０が
用いられているから、８相の周波信号が生成され、各相
の周波信号が混合回路４２０の各々へ導かれる。他の移
相回路５．６．７においても同様に多相周波信号か導か
れる。他方、混合信号生成回路９は、移相回路４，５，
６．７の各々に対応した複数の周波信号を生成する。す
なわち、移相回路４に対してはｆｌｌの周波信号を生成
して、混合回路４００に供給する。また、移相回路５，
６゜７の各々に対してはｆ、□ｒ　　ｆ１３＋　　ｆ１
４のそれぞれの周波信号を生成して各移相回路の混合回
路に導く。

移相回路４，５，６．７において移相制御された各々の
周波信号はマルチプレクサ１０に導かれる。マルチプレ
クサ１０は移相制御回路８のカウンタ８０１の計数値に
基づいて切り換え動作を行い、移相回路４，５．６．７
の各出力波を順に切り換えて加算器１１へ出力する。加
算器１１は４つの移相回路のうちいずれか１つの周波信
号を互いに加算してフィルタ１２へ出力する。フィルタ
１２は特定の周波信号を抽出して出力端子ＯＵＴに出力
する。

移相制御回路８は、出願人が待願昭５７−１２１４３９
号で説明したように、位相関係が予め規制された複数種
の周波信号を生成して、混合回路４２０においてそれぞ
れの混合を行う。カウンタ８０１によってＲＯＭ８０２
の記憶データが読み出されて、続出データがランチ回路
８０３にランチされることにより、ランチ回路から８相
の周波信号が出力される。なお、カウンタ８０１は分周
回路８０４から入力されるパルス列を計数し、８個のラ
ッチ回路はラッチパルス生成回路８０５から出力される
ラッチパルスによってラッチ動作を行う。

このようにして混合回路４２０の混合出力もそれぞれの
位相関係が矩形波列の位相関係に追従して変化する。う
、７チ回路８０３から出力される矩形波列の位相関係を
特願昭５７−１２１４３９号のように設定することによ
り、超音波振動子ユニットの受信指向特性を特定方向に
受信感度を有し、かつ、受信指向方向を第１図に示した
探知範囲角θ、内において所定の方向に向けることがで
きる。この場合の受信指向方向はランチ回路から出力さ
れる矩形波列の位相関係により決まり、矩形波列の位相
関係はカウンタ８０１の計数値に対応するから、カウン
タ８０１の計数値から受信指向方向を知ることができる
。カウンタ８０１の計数値出力はマルチプレクサ１０に
導かれて、マルチプレクサは受信指向方向が特定角変化
する毎に移相回路４，５，６．７の出力周波信号を切り
換えて加算器１１に導く。すなわち、第１図において、
受信指向方向が８０方向からＳ、方向まで探知範囲角θ
１．を走査するとき、探知範囲θ１を走査する間は移相
回路４の出力信号を加算器１１へ導く。そして、受信指
向方向が次の探知範囲θ２を走査する間は移相回路５の
出力周波信号が加算器１１に切り換えて導（。同様にし
て受信指向方向が探知範囲θ１．θ４へと変化するとき
、マルチプレクサ１０は移相回路６，７の出力周波信号
を順に切り換えて加算器１１に導く。

移相回路４．５，６．７の各々は、超音波振動子の受信
信号と混合信号生成回路９から出力される混合信号とを
混合して、その信号中から特定の周波信号を抽出する。

このとき、各移相回路４゜５．６．７におけるフィルタ
は各々の混合信号中から共通の周波信号ｆ０を抽出する
。また、混合周波信号ｆｌｌ＋　　ｆｌｚｔ　　１１３
＋　　ｆ１４は移相回路４゜５．６．７の各々が探知範
囲θ３．θ２．θ３゜θ４の受信信号ｆＯ１＋　　ｆ０
２＋　　ｆ　０３＋　　ｆ　０４が抽出されるように、
それぞれの周波数が設定される。たとえば、移相回路４
においては、探知範囲θ、方向の受信信号ｆｏＩと混合
信号ｒ＋＋とを混合して、その混合周波信号の差あるい
は和周波成分がｆｏとなるように混合周波信号をｆｌｌ
±ｆｏＩ””ｆＯとして設定されている。ｆｌｚｔ　　
ｆＩｆｆ＋　　ｒ＋４も同様に設定されている。

以上の結果、フィルタ１２からは、第１図に示した探知
範囲角θ、内を受信方向が変化する指向性受信信号が出
力される。

以上説明したように送受信回路（１）が構成される。送
受信回路（ｎ）は第３図に示した回路とほとんど同一で
あるが、次の点で異なる。第３図を用いて説明すれば、
ゲー）２１１．〜２１１４とデコーダ２１２との接続関
係が対称関係である。すなわち、デコーダ２１２の端子
１とゲート２１１４を接続し、デコーダ２１２の端子２
をゲート２１１ｆｆに接続し、デコーダの端子３とゲー
ト２１１、　、またデコーダの端子４をゲート２１１、
にそれぞれ接続する。このようにすることによって超音
波振動子ユニットはその周波数がｆ０４−ｆ　ａ：＋−
ｆ　６ｚ−ｆ　０１の順に駆動する。なお、第４図にお
いてｄ′はゲート２１５の導通タイミングを表している
。

また、混合信号生成回路９の出力と移相回路４．５．６
．７との接続関係を対称にする。すなわち、混合信号生
成回路９の端子１と移相回路７の混合回路７００と接続
し、混合信号生成回路９の端子２と移相回路６の混合回
路６００と接続し、混合信号生成回路９の端子３と移相
回路５の混合回路５００と接続し、さらに混合信号生成
回路９の端子４と移相回路４の混合回路４００とそれぞ
れ接続する。このことによって受信信号がら抽出すベキ
周波数をｆ　０４＝　ｆ　０３＝　ｆ　０２−　ｆ　０
１の順に順次選択する。

以上のようにして第１図に示したように探知範囲角θ１
．とθＩ□を合わせてほぼ１８０度の広範囲に亘って探
知を行うことができる。　なお、実施例は４つの移相回
路を用いて、その出力をマルチプレクサによって切り換
える例であったが、混合信号生成回路９の出力をマルチ
プレクサによって切り換えるように構成すれば、移相回
路４．５゜６．７を一つにして、各周波数に共用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である水中探知装置の作動状
態を表す図、第２図は同水中探知装置のブロック図、第
３図は送受信回路の回路図、第４図はその主要部分のタ
イミングチャート、第５図は従来の水中探知装置による
映像、第６図、第７図（Ａ）、　　（Ｂ）はそれぞれ従
来の水中探知装置による探知方法を説明する図である。 Ｚｌｌ、　　Ｚｌ□−超音波振動子ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子的に一方向に走査され、一定方向に指向性を
   有する超音波を送信する複数個の超音波振動子が配列さ
   れて構成される超音波振動子群からなる超音波振動子ユ
   ニットを備え、そのユニットによる走査範囲を複数区間
   に分割するとともに、各区間での超音波振動子の発振周
   波数が異なるようにした水中探知装置において、 前記ユニットを複数個設けるとともに隣接するユニット
   の２つの走査範囲において各範囲に隣り合う２つの区間
   の各々に対する超音波送信タイミングが同一となり、か
   つ、その隣接する区間の各々に対する送信周波数が異な
   るように超音波振動子を駆動する手段を設けたことを特
   徴とする広範囲水中探知装置。