JPS63120270A

JPS63120270A - 水中探知装置

Info

Publication number: JPS63120270A
Application number: JP26629486A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Yoshida; 善成吉田
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1988-05-24
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0693023B2

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〉本発明は、広範囲方向に超音波パルスを送受波する水中
探知装置に関する。

〈従来の技術〉広範囲方向に超音波パルスを送受波する水中探知装置、
たとえば全周スキャニング型の水中探知装置は、受波ビ
ームを探査空間内で回転走査するこ吉により、空間情報
をサンプリングしている。

具体的には、全周スキャニング型の水中探知装置は、多
数の振動子が円筒状に配列された超音波送受波器を備え
ており、この振動子群の全部に駆動信号が加えられて、
その超音波振動が全周方向へ円板状のビームとして広か
−、ていく。この送振の直後から、個々の振動子の受波
信号が、別々に増幅されるととｔ）に、隣り合う振動子
との間で位相補正が行なわれて、特定方向に強い受波感
度を有する指向性受波ビームが形成され、この受波ビー
ムによって各方向から帰来する反射波が受波される。こ
の受波ビームの方向を高速で切り換えて回転させること
？、二より、１回の送振期間中に、全周のスキャニング
が行なわれる。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、上記のような全周スキャニング型の水中探知
装置において、超音波パルスの１回の発射に、１−り得
られる画像は、水平面に沿った２次元画像であって、３
次元的な画像を得ようとすれば、超音波パルスを数回発
射して、その送振毎に水平方向にスキャニングを行なっ
て異なるティルト角の情報を得なＣ」ればならず、超音
波パルスを数回にわたって送受波することになるので、
３次元画像を表示するまでに時間がかかる、という問題
があ　っ　ノこ。

また、ティルト方向毎に探知時刻がずれるので、３次元
の画像が不正確なものになり、シャープな画像が得られ
ない、という問題もあった。

本発明は１．」−述の問題点に鑑みてなされたらのであ
って、超音波パルスの１回の送振期間中に３次元表示に
必要な映像信号が得られるようにして、高速で鮮明な３
次元表示を可能にすることを目的とする。

〈問題点を解決するだめの手段〉本発明は、上記の目的を達成するために、１回の送振期
間中に連続的に互いに異なる周波数でかつそれぞれにテ
ィルト方向に対（２て位相調整された所定複数に種の駆
動信号を生成する駆動信号生成回路と、所定複数にのテ
ィルト角範囲に向けてそれぞれ前記駆動信号の駆動によ
り互いに異なる周波数の超音波パルスを発射Ｖる超音波
送受波器と、超音波送受波器の受波信号から各ティルト
角範囲に対応する周波数の受波信号を抽出する所定複数
にの抽出回路と、各抽出回路の出力を各ティルト角範囲
においてそれぞれ位相合成して水平方向の指向性受波ビ
ームを形成する所定複数にの水平ビーム形成回路と、前
記受波ビームによって受波される各ティルト角範囲の受
波信号に基づく画像を表示する表示部とを備えて水中探
知装置を構成　し　）、二。

〈作用〉Ｊ−記の構成によれば、超音波送受波器は、１回の送振
期間中に連続的に各ティルト角範囲に向けて互いに異な
る周波数の超音波パルスを発射する。

各ティルト角範囲からは、周波数の異なる反射波が帰来
するが、この反射波に堪づく受波信号は、周波数分離に
より各抽出回路で抽出される。すなわち、各抽出回路で
は、対応するティルト角範囲の受波信号が抽出される。

そ（２て、各抽出回路の後段では、抽出された受波信号
に対して、位相合成により水平面内で受波ビームが形成
されて、この受波ビームにより特定水平方向の受波信号
が取り込まれる。そり、てこの受波信号により、各ティ
ルト角範囲内における映像信号が得られる。これらの映
像信号はティルト方向の全範囲にわたって得られるから
、これにより、３次元的な画像表示が可能になる。

〈実施例〉以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明に係る水中探知装置の全体を示すブロ
ック図であって、この水中探知装置は、広範囲方向に超
音波パルスを発射１−うる超音波送受波器１と、この超
音波送受波器Ｉを駆動する数種（この例では４種）の駆
動信号を生成する駆動信号生成回路２と、超音波送受波
器ｌからの受波信号を処理する複数（この例では４個）
の受波信号処理部３（３１へ−３４）ど、各受波信号処
理部３で得られた映像信号を表示する表示器４（４１〜
４４）とを備えている。

第１図中、５は、所要周波数の受波信号を抽出するため
の混合信号を発生する混合信号発生回路、６は水平面で
の位相制御を行なうための位相制御信号を発生する位相
信号発生回路、７はキーイングパルス発生回路である。

駆動信号生成回路２は、ＲＯＭ８に予め書き込；支れだ
データを読み出すことによって、１回の送振期間中に連
続的に互いに異なる周波数でかつそれぞれにティルト方
向に対して位相調整された４種の駆動信号を生成するも
のであって、その駆動信号は、切換器９を介して超音波
送受波器ｌの各振動子１ａ、・・・に供給される。この
例では、超音波送受波器１において振動子１ａがティル
ト方向に８個配列されているのに応じて、駆動信号は８
相となっている。なお、その内部構成の詳細は後述ケる
。

超音波送受波器１は、前記駆動信号に駆動されて、複数
のティルト角範囲に向けてそれぞれ互いに異なる周波数
の超音波パルスを発射するとともに、各ティルト角範囲
からの反射波を受波する。

各ティルト角範囲θ１．θ７．θ１．θ４は、全送波範
囲を予めティルト方向に沿って分割したもので、その分
割数は駆動信号の種類に対応している。すなわち、全送
波範囲はティルト方向に沿−）で４つに分割されている
。

そし、て、各ティルト角範囲からの反射波に基づく受波
信号は、切換器９および増幅器ｌＯを通じて４個の受波
信号処理部３．〜３．に共通に与λられる。

なお、超音波送受波器１を構成する振動ＴＦ−１ａの周
波数特性が第２図に示すようなものであるとき、水平面
に近い第１のティルト角範囲θｄ・一対しては、振動子
１ａの最高感度域内の周波数「、が割り当てられ、水平
面から遠ざかるティルト角範囲ほど、その送振周波数に
は、振動子１ａのより低い感度域内に周波数が割り当て
られる。すなわち、水平面に沿った第１ティルト角範囲
θ、には周波数ｆ、が、その下の第２ティルト角範囲θ
２１．：は周波数ｒ、が、更にその下の第３ティルト角
範囲θ、には周波数ｆ、が、最下の第４テイルト角範囲
θ４には周波数ｆ４が割り当てられている。

各受波信号処理部３１〜３４は、各ティルト角範囲の受
波信号を処理するものであっで、受波信号から各ティル
ト角範囲に対応する周波数の受波信号を抽出する抽出回
路ｉ　ｉ　ｃｉｔ、−１１，）と、各抽出回路１１の出
力をそれぞれ位相合成して水平面内での指向性受波ビー
ムを形成する水平ビーム形成回路１２　（１２，−１２
，）とを備える。なお、各受波信号処理部３の内部構成
は、基本的には同一であるので、第１の受波信号処理部
３．についてその内部構成を説明して、他の受波信号処
理部３．〜３４については詳細な説明を省略する。

第１の受波信号処理部３Ｉにおいて、抽出回路１１Ｉは
、ティルト方向に１１２列する振動子１ａと同数（この
例では８個）の混合器１３．・・・およびフィルタ１４
、・・・からなる。各混合器１３は、受波信号と、混合
信号発生器５からの混合信号とを混合する。

混合信号発生回路５は、各混合器１３に対して受波信号
処理部３毎に異なる周波数の混合信号「。

〜ｆ５を発生する。混合器１３においては、受波信号に
この混合信号を混合することによって、受波信号を一定
の中間周波ｆ。に変換する。フィルタ１４は、一定周波
数ｆ。の中間周波のみを通過さ仕ることによって、所定
のティルト角範囲に対応する受波信号を抽出する。

フィルタ１４の出力は、水平ビーム形成回路１２１に入
力する。水平ビーム形成回路１２．は、混合器１５と、
加算器１６と、フィルタ１７とで構成されている。混合
器１５は、位相信号発生回路６からの位相制御信号と抽
出回路１１１の出力とを混合する。

位相信号生成回路６は、Ｒ，０Ｍ１８に予め古き込まれ
たデータを読み出すことににって、周波数が共通で水平
方向に対して位相調整されたｎ相の位相制御信号を生成
するものであって、その内部構成の詳細は後述する。

混合器１５は、この位相制御信号を混合することにより
、受波ビームを形成する。このｊ；うに位相合成された
信号は加算器１６で加算されたのち、フィルタ１７を通
過する。

水平ビーム形成回路１２の出力は、増幅器１９を通じて
ＣＲＴのような表示器４に供給される。

表示器４は、キーイングパルス発生回路７からのキーイ
ングパルスに応答動作する掃引回路２０により掃引制御
される。

第３図は、駆動信号生成回路のブロック図、第４図はそ
のタイムチャートである。この駆動信号生成回路２は、
第１のクロックパルス発生器２１と、この発生器２１の
出力側のゲート２２と、ゲート２２を通じて供給される
第１のクロックパルスをカウント４゛る４進カウンタ２
３と、該カウンタ２３のカウント数に応じてｒ（ＯＭ　
８の読み出し領域を切り換える領域設定器２４とを備え
る。前記ゲート２２は、第４図に示すように、キーイン
グパルス発生回路７からのキーイングパルスａに応答し
て開き、第１のクロックパルスを４進カウンタ２３に導
き、４進カウンタ２３の桁上げパルスＣにより閉動作す
る。

ＲＯＭ８には４個の記憶領域が設定されており、各領域
には、２値信号の形で駆動信号が格納されている。これ
ら駆動信号は予めティルト方向に対して位相調整されて
いる。

また、この駆動信号生成回路２は、第２のクロックパル
ス発生器２５と、そのクロックパルスを４段階にわたっ
て分周する分周器２６と、該分周器２６の各出力側に介
在する分周ゲート２７．・・・と、前記４進カウンタ２
３のカウント出力をデコードして各分周ゲート２７．・
・・を制御するデコーダ２８と、４個の分周ゲート２７
の後段のＯＲゲート２９と、ＯＲゲート２９からの分周
パルスをカウントしてそのカウント出力によりＲＯＭ　
８のいずれかの領域のデータを読み出す読み出しカウン
タ３０とを備える。

ＲＯＭ８では、読み出し領域が異なる毎に、読み出しカ
ウンタ３０に与えられる分周パルスの周期が異なるので
、ＲＯＭ８からは、４種の互いに周波数の異なる駆動信
号が連続的に出力されることになる。ＲＯＭ８の出力側
には、ラッチパルス発生器３１からのラッチパルスに応
答動作するラッチ回路３２．・・・と、ゲートパルス発
生器３３からのゲートパルスに応答動作するゲート３４
．・・・と、増幅器３５．・・・とが設けられている。

ゲートパルス発生器３３は、第４図（ｄ）に示すように
、第１クロツクパルスに対してゲート２２が開いている
間、すなわちＲＯＭ　８のデータが読み出されている間
に、４発のゲートパルスを発生する。このゲートパルス
によりＲＯＭＢの出力側のゲート３５が開くので、駆動
信号生成回路２は、第４図（ｃ）に示すように、４種の
駆動信号を相次いで出力することになる。

第５図は、位相信号発生回路のブロック図であって、こ
の位相制御信号発生回路６は、第３のクロックパルス発
生器３７と、そのクロックパルスを分周する分周器３８
と、分周されたクロックパルスをカウントしてそのカウ
ント出力によりＲＯＭ　１８のデータを読み出す読み出
しカウンタ３９とを備える。ＲＯＭ１８には、水平方向
の受波ビームを形成するための位相制御信号が２値信号
の形で格納されている。ＲＯＭ１８の出力側には、読み
出しデータをラッチするラッチ回路４０と、各ラッチ回
路４０に対してラッチパルスを供給するラッチパルス発
生器４１とが設けられている。

上記の構成によれば、駆動信号生成回路２では、４進カ
ウンタ２３のカウント数が変化する毎に、ＲＯＭ８の読
み出し領域が切り換わるとともに、その読み出しタイミ
ングが変わるので、この駆動信号生成回路２は、互いに
周波数の異なる４種の駆動信号を発生する。超音波送受
波器ｌの各振動子１ａは、この駆動信号に駆動されるの
で、１回の送振期間中に、連続的に各ティルト角範囲に
向けて互いに異なる周波数の超音波パルスを発射する。

各ティルト角範囲からは、周波数の異なる反射波が帰来
するが、この反射波に基づく受波信号は、周波数分離に
より分離され、各抽出回路ｉｔで文を応するティルト角
範囲の受波信号が抽出されることになる。すなわち、第
１の抽出回路Ｉ１．では第１のティルト角範囲θ、に対
応する周波数ｆｌの受波信号が、また第２の抽出回路１
１．では第２のティルト角範囲θ１に対応する周波数ｆ
、の受波信号が、第３の抽出回路ＩＬでは第３のティル
ト角範囲θ、に対応する周波数ｒ３の受渡信号が、第４
の抽出回路１１．では第４のティルト角範囲θ４に対応
する周波数ｆ４の受波信号が、それぞれ抽出されろ。

そして、各抽出回路ｌ！の後段では、抽出された受波信
号に対して、位相合成により水平面内で受波ビームが形
成されて、この受波ビームにより特定水平方向の受波信
号が取り込まれる。そしてこの受波信号により、各ティ
ルト角範囲内における映像信号が得られる。これらの映
像信号はティルト方向の全範囲にわたって得られるから
、これにより、３次元的な画像表示が可能になる。

ところで、一般に全周スキャニング型の水中探知装置に
おいては、水平探知に重点が置かれており、水深方向の
探知距離は４００ｍあれば充分で、ティルト角が深くな
るにつれて探知距離が短くなっても実用上、問題が生じ
ない。上記実施例では、水平面に近いティルト角ね囲に
対して、振動子の最高感度域内の周波数を割り当て、水
平面から遠ざかるティルト角範囲ほど、その送振周波数
には、振動子のより低い感度域内の周波数を割り当てて
おり、そのため、水平探知距離に対して、水深探知距離
が短くなっている。浅いティルト角範囲に対しては高感
度領域の周波数を使用しているから、水平探知距離が振
動子の特性の最大限にまで拡大されることになる。

図示の実施例では、各ティルト角範囲毎にその画像を専
用の表示器に表示するようにしたが、全ティルト角範囲
の画像を合成して単一の表示器の表示することもできる
。

〈発明の効果〉以上のように、本発明によれば、１回の送振期皿中に連
続的に各ティルト角範囲に向けて互いに異なる周波数の
超音波パルスを発射し、各ティルト角範囲から帰来する
反射波に基づく受波信号は、各抽出回路で周波数分離に
より抽出され、水平ビーム形成回路において位相合成に
より受波ビームが形成されて、この受波ビームにより特
定水平方向の受波信号が取り込まれる。このように、１
回の送振で、水平方向およびティルト方向に沿った映像
信号が得られ、これにより、高速で鮮明な３次元の画像
表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水中探知装置の全体構成を示すブ
ロック図、第２図は送振周波数と振動子の特性との関係
を示す説明図、第３図は駆動信号生成回路のブロック図
、第４図は駆動信号生成回路におけるタイムチャート、
第５図は位相信号発生回路のブロック図である。Ｉ・・・超音波送受波器、２・・・駆動信号生成回路、
３（３Ｉ〜３４）・・・受波信号処理部、１１（１１，
〜１１４）・・・抽出回路、ｌ　２　（１２，〜１２４
）・・・水平ビーム形成回路、４（４，〜４４）・・・
表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１回の送振期間中に連続的に互いに異なる周波数
でかつそれぞれにティルト方向に対して位相調整された
所定複数ｋ種の駆動信号を生成する駆動信号生成回路と
、送波範囲をティルト方向に沿って分割した所定複数ｋの
ティルト角範囲に向けてそれぞれ前記駆動信号の駆動に
より互いに異なる周波数の超音波パルスを発射する超音
波送受波器と、超音波送受波器の受波信号から各ティルト角範囲に対応
する周波数の受波信号を抽出する所定複数ｋの抽出回路
と、各抽出回路の出力をそれぞれ位相合成して各ティルト角
範囲内での水平方向の指向性受波ビームを形成する所定
複数ｋの水平ビーム形成回路と、前記指向性受波ビームによって受波される各ティルト角
範囲の受波信号に基づく画像を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする水中探知装置。
（２）超音波送受波器における各ティルト角範囲に対応
する送振周波数のうち、水平面に近いティルト角範囲の
送振周波数が、超音波送受波器の振動子の最高感度域内
に設定され、水平面から遠ざかるティルト角範囲ほど、
その送振周波数が振動子のより低い感度域内に設定され
ている特許請求の範囲第１項に記載の水中探知装置。