JPS63249078A - 合成開口受信装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、測深・海底面探査、或いは海底下の地層探査
システムにおける合ｔｌｔｒＷＩ口受信装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に、音波を用いた地層探査法には大別して反射法と
屈折法とがある。

反射法は、海面付近から音響パルス信号を放射し、海底
下の地層境界面から反射して戻ってきた信号を受波′ｎ
７レイによって受信し、この受信データをデジタル的に
処理しで、地層情報を得る方法である６ 受渡器アレイはストリーマケーブルと呼ばれるものが用
いられ、これは受話器を２５ｇ乃至５０１Ｗの間隔で１
２個乃至１２０個接続したもので、全床は１に１１から
致Ａ！にも及ぶ場合がある。

そこで、従来上り、単一の送受波器を移動しながら送受
信を繰り返し、各受信信号を位相ｔ＃報を含めて記録し
ておき、合成することにより、艮い受波器アレイを用い
たのと同等の鋭い指向性のビームを得る合成開口の手法
が用いられて。

いる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 この合成開口の手法は、特殊な場合を除いて、音波を用
いた地層探査システムには実用化されていないのが現況
である。

その理由として、データ量が膨大となり、データ処理が
複雑となって装置が巨大化することがあげられる。

即ち、合成開口の手法では不連続なキャリヤー信号の位
相合成が必要となり、これは通常の位相合成と異なり、
時間的に分離された信号を必要なＲまで保存する必要が
ある。また、キャリヤー信号の位相合成に対して誤差を
生じさせないためには、データの位相情報の誤差は±１
０°位が望ましいとされている。

例えば、海面下３０ｍの海底或いは地層を２０ＫＨｚの
超音波を用いて探査する場合、キャリヤー信号ＩＫＨｚ
当たり±３６個以上（実際の装置では±６０個が普通で
ある）のサンプリング数が必要となり、そのデータ量は ０．０４Ｘ　２０Ｘ　１００ＯＸ　３６＝　２８，８０
０（個）以上となり、このデータを保存するために同数
のメモリが必要となる。そして、メモリ動作を制御する
クロック信号の周期は約１．３８μｓｅｃと高速となり
、このデータをデジタル的に処理することは、合成開口
数が増加すると容易なことではない。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、反射音響パルス信号を順次第１゜ｔＪＳ２・
・・第ｎのデジタルデータに変換するアナログ−デジタ
ル変換手段と、第１．第２・・・第「１のメモリ手段と
、この第１．第２・・・第ｎのメモリ手段を順次書き込
みモードにするとともに、この書き込みモード以外は読
み出しモードにすることにより、上記アナログ−デジタ
ル変換手段から順次出力される第１．第２・・・第ｎの
デジタルデータを、順次上記第１．第２・・・第＋１の
メモリ手段に記録保持する制御手段と、上記第１．第２
・・・第ｎのメ□モリ手段から出力される第１．第２・
・・ｔｊＳｌｌのデジタルデータを第１を第２・・・第
ｎのアナログ信号に変換するＩｊＳｌ、第２・・・第１
のデジタル−アナログ変換手段と、このｗＳｌ、第２・
・・第＋１のデジタル−アナログ変換手段から出力され
る第１．＃Ｓ２・・・第＋１のアナログ信号に重み付け
を行なう第１、第２・・・第ｎの重み付は手段と、この
ｆＪｌ、第２・・・＃ＩＪｎの重み付は手段の出力を加
算合成する合成手段とから構成されることを特徴とする
。

本発明にかかる他の発明は、上記反射音響パルス信号を
周波数逓降してｔｊＳｌ、第２・・・第１１のデジタル
データに変換し、この第１．第２・・・第１のデジタル
データを第１．第２・・・第ｎのアナログ信号に変換し
た後、周波数逓倍して、加算合成することを特徴とする
。

く作用〉 以上の構成は、 ■　第１．第２・・・第ｎのデジタルデータは１１゜第
２・・・第ｎのメモリ手段によって記録保持する、 ■　この第１．第２・・・第ｎのデジタルデータを第１
、第２・・・第ｎのアナログ信号に変換して、アナログ
的に位相合成を行なう ものである。

従って、第１にキャリヤー信号の単位周波散光たりのサ
ンプリング数は、入力信号に対しで信号が忠実に再生で
きる限度で決まり、再生信号の平滑回路（通常は小さな
キャンパシタンスＣ）を付加すれば、従来のデジタル処
理の場合よりも少なくてすみ、従って、データ量は少な
くなる。

通常、そのサンプリング数はキャリヤー信号の周期の１
／１０とされている。

第２に位相合成は、ｔＡｌ、第２・・・＠ｎのアナログ
信号を加算することにより行なわれているので、位相合
成処理が簡略であり、その処理時間はリアルタイムとな
る。

く実施例〉 以下第１図〜第３図において説明する。

第１の実施例： 第１図は、送信タイミングＬＩｔＬ２・・・ＬｓｗＬ＊
＊Ｌ＋。

・・・毎に音響パルス信号を放射し１、海底下の地層境
界面から反射して戻ってきた反射音響パルス信号を受信
して、地層情報を得る地層探査システムにおいて、８＋
ヤンネルの位相合成を行なう合成開口受信装置の構成を
示す図である。

（１）は送信タイミング【、ｔ２・・・Ｌ□ｔｓｙＬ＋
。・・・に対応した反射音響パルス信号が時系列的に順
次入力されるゼロ信号？−）回路で、不必齋な信号を遮
断し、必要な信号のみを導通する。これは、位相合成に
過渡なバイアスが発生するのを防ぐためである。

このゼロ信号デート回路（１）の出力はバラフッ増幅器
（２）を介して７すａグーデジタル変換器（３）に入力
され、順次路１．第２・・・第８のデジタルデータに変
換された後、第１．第２・・・第８のバス切換回路（９
１Ｌ　（９２）・・・（９８）にそれぞれ入力され、更
に、この第１．第２・・・第８のバス切換回路（９１）
、（９２）・・・（９８）の出力は第１．第２・・・第
８のメモリ回路（１０１）、（１０２）・・・（１０８
）にそれぞれ入力される。

そして、この第１．第２川第８のバス切換回路（９１）
ｔ　（９２）・・・（９８）はチャンネルセレクタ回路
（５）からの制御信号に同期して、順次に切り換わって
導通して、第１．第２・・・第８のデジタルデータを順
次路１．ｔｊ＆２・・・ｔｊ＆８のメモリ回路（１０１
）、（１０２）・・・（１０８）に入力する。

この＠１．声２・・・第８のメ毫す回路（１０１）。

（１０２）・・・（１０Ｂ）は順次書き込みモードとな
り、それ以外のときは読み出しモードになり、そして、
第１．ｔＡ２・・・＃＆８のデジタルデータは順次第１
Ｉ第２・・・第８のメモリ回路（１０１）ｔ　（１０２
）・・・（ｉｏ８）の指定アドレスに記録され、保持さ
れる。この第１、第２・・・第８のメモリ回路（１０１
）、（１０２）・・・（１０Ｂ）のアドレスはアドレス
カウンタ（８）からのアドレス信号によって指定される
。

具体的に、第１．第２・・・第８のデジタルデータを、
（００１，ＤＯ２・・・ＤＯ８）　、　（Ｄｌｌ、０１
２・・・０１Ｂ）。

（［１２１，０２２・・・Ｄ２８〕・・・・・・とする
と、時間１ｏｙＬ＋＊Ｌｚ・・・における第１．第２・
・・第８のメモリ回路（１０１）。

（１０２）・・・（１０８）の内容（メモリ■、■・・
・■）は第１表のようになる。

そして、例えば時間［、におけるｔｊ＆１．第２・・・
第８のメモリ回路（１０１）、（１０２ト・・（１０８
）の内容は（０１１，０１２・・・Ｄ１８〕 となり、時間ｔ、では、 （０２１，０１２，０１３・　０１Ｂ）となる。

これらの第１．第２・・・第８のバス切換回路（９１）
、（９２）・・・（９８）、第１．第２・・・第８のメ
モリ回路（１０１）、（１０２）・・・（１０８）の動
作は、以下のような制御手段によって制御される。

（５）は送信トリが信号に９によって動作し、第１、第
２・・・＠Ｓのメモリ回路（１０１）、（１０２）・・
・（ＩＱｎ）の書き込み時間を定めるメモリモード回路
で、その出力信号によってチャンネルセレクタ回路（４
）が動作して、その出力信号によって第１．第２・・・
第８のバス切換回路（９１）、（９２）・・・（９８）
が順次切り換わって導通して、第１．第２・・・第８の
デジタルデータを順次路１．第２・・・第８のメモリ回
路（１０１）、（１０２）・・・（ｉｏ８）に入力する
。

上記送信トリ〃侶号Ｋｐに同期してクロック信号発生回
路（））からクロック信号が出力されるとともに、この
クロック信号に同期してチャンネルセレクタ回路（４）
が動作して、上記のように第１．第２・・・第８のバス
切換回路（９１）、（９２）・・・（９８）、第１．第
２・・・第８のメモリ回路（１０１）。

（１０２）・・・（１０Ｂ）ｎの動作が制御される。

一方、アドレスカウンタ（８）はクロック信号発生回路
（８）からのクロック信号をカウントして、その内容は
クロック信号毎に変わって、第１、第２・・・ｔｊＩＪ
８のメモリ回路（１０１）、（１０２）・・・（１０Ｂ
）のメモリアドレスを指定する。

なお、（６）はレンジ切換器である。

そして、第１．第２・・・第８のメモリ回路（ＩＯＩＬ
（１０２）・・・（１０８）の出力（＃Ｓ１表参照）は
ｔｊＳ１＊第２・・・第８のデジタル−アナログ変換器
（１１１）、（１１２）・・・（１１８）によって第１
．第２・・・ｔｊＳ８のアナログ信号に変換された後、
それぞれ第１．第２・・・第８のバッファ増幅器（１２
１）、（１２２）・・・（１２Ｂ）を介して第１．第２
・・・ｔｊＳ８の重み付は回路（１３１）、　（１３２
）・・・（１３８）にそれぞれ入力される。

第１．第２・・・第８のアナログ信号の重み付けは鋭い
指向性を得るためであり、チェビシェフの指向性関数に
基づいて重み付けが行なわれる。

例えば、第３図に示すように、送信タイミング【Ｉ・〜
１．では関数Ａに基づいて、次のり、−し、では関数Ｂ
に基づいて、さらに、ｔニーし、。では関数Ｃに基づい
て重み付けが行なわれる。

このように、第１．第２・・・第８のアナログ信号の重
み付けは時間とともに重み付は量が変化し、本実施例で
は８種の重み付は量が音響パルス信号の送信毎に、つま
り、送信トリ〃信号Ｋｐ毎に順次に切り換わるようにし
である。

これらの第１．第２・・・第８の重み付は回路（１３１
）、（１３２）・・・（１３Ｂ）の出力は加算増幅器（
１４）によってアナログ的に加算されて、位相合成出力
として出力される。

第２の実施例： 本実施例は、反射音響パルス信号の位相情報はキャリヤ
ー信号の周波数変換をしても変化がなく、各チャンネル
間の位相差のみを保持していれば良いことに着目して、
反射音響パルス信号を、周波数逓降して第１．第２・・
・第８のデジタルデータに変換し、この第１．第２・・
・第８のデジタルデータを第１．第２・・・ｔｊ＆８の
アナログ信号に変換した後、周波数逓倍して、位相合成
を行なうようにしたもので、その目的の一つは、サンプ
リング周波数を敗乃至数十分の−に落してアナログーデ
ノタル相互変換することにある。

以下第２図において説明する。図中（１５）は第１の実
施例と同一または同等の合成開口受信装置である。

反射音響パルス信号（キャリヤー信号ω１）と第１のロ
ーカル発振器（１６）の出力信号とを混合器（１７）に
よって混合して周波数逓降した後、フィルタ（１８）を
通して不要な周波数成分を除去して、キャリヤー信号（
ω２）の反射音響パルス信号とし、その後、第１の実施
例と同様の処理をする。

そして、第１．第２・・・＠Ｓのアナログ信号（キャリ
ヤー信号ω２）と第２０−カル発振器（１９）の出力信
号とを第１．第２・・・第８の混合器（２０１）。

（２０２）・・・（２０Ｂ）によってそれぞれ混合して
周波数逓倍した後、ｔｌＩＪｌ、第２・・・第８のフィ
ルタ（２１１）。

（２１２）・・・（２１８）を通して不要な周波数成分
を除去して、元のキャリヤー信号（ω２）の第１．ｆｊ
Ｓ２・・・第８のアナログ信号（第１の実施例）に復元
して、位相合成を行なう。

以上本発明の代表的と思われる実施例について説明した
が、本発明は必ずしもこれらの実施例構造のみに限定さ
れるものではなく、本発明にいう構成要件を備えかつ、
本発明にいう目的を達成し、以下にいう効果を有する範
囲内において適宜改変して実施することができるもので
ある。

〈発明の効果〉 本発明は、従来のデジタル処理の場合に比べて、キャリ
ヤー信号の単位周波散出たりのサンプリング数が少なく
てすむので、デジタルデータ量が少なくなり、また、位
相合成はアナログ的処理されるので、データ処理が簡略
であり、その処理時間はリアルタイムとなり、装置自体
も小型になる。

従って、音波を用いた地層探査システムにおいても、本
装置を船上に搭載して、リアルタイムで地層探査が可能
となり、従来のように船上でデータを一旦記録保持して
おき、その後地上で巨大な装置を用いてデータ処理をす
る必要がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図は本発明の合成開口受信装置の構成を示す図、ｍ
２図は同、他の実施例の構成を示す図、第３図は同重み
付は量を示す図である。 図中（３）はアナログ−デジタル変換器、（９１）。 （９２）・・・（９８）はパス切換回路、（１０１）、
（１０２）・・・（１０８）はメモリ回路、（１１１）
、（１１２）・・・（ｔｔＳ）はデジタル−アナログ変
換器、（１３１）、（１３２）・・・（ｔａＳ）は重み
付は回路、（１４）は加算増幅器である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記（イ）〜（ヘ）を構成要件とすることを特徴
   とする合成開口受信装置。 （イ）反射音響パルス信号を順次第１、第２…第ｎのデ
   ジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換手段。 （ロ）第１、第２…第ｎのメモリ手段。 （ハ）この第１、第２…第ｎのメモリ手段を順次書き込
   みモードにするとともに、この書き込みモード以外は読
   み出しモードにすることにより、上記第１、第２…第ｎ
   のデジタルデータを順次第１、第２…第ｎのメモリ手段
   に記録保持する制御手段。 （ニ）上記第１、第２…第ｎのメモリ手段から出力され
   る第１、第２…第ｎのデジタルデータを第１、第２…第
   ｎのアナログ信号に変換する第１、第２…第ｎのデジタ
   ル−アナログ変換手段。 （ホ）上記第１、第２…第ｎのアナログ信号に重み付け
   を行なう第１、第２…第ｎの重み付け手段。 （ヘ）この第１、第２…第ｎの重み付け手段の出力を加
   算合成する合成手段。
2. （２）上記反射音響パルス信号を周波数逓降して第１、
   第２…第ｎのデジタルデータに変換し、この第１、第２
   …第ｎのデジタルデータを第１、第２…第ｎのアナログ
   信号に変換した後、周波数逓倍して、加算合成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の合成開
   口受信装置。