JPS6345580A - 海底地形探知ソナ−の走査制御装置 - 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、海面に対する垂直断面に沿って超音波振動子
を往復走査して、ナロービーム超音波を海底に照射し、
その反射波を検出することによって海底断面形状データ
を得る海底地形探知ソナーの走査制御装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の装置は超音波振動子を一定の角速度で駆
動し、一定周期ごとに超音波を海底に向けて照射し、そ
の反射波を深さ方向に沿って適宜にサンプリングするこ
とによって、海底断面形状の探知を行っている。即ち、
第９図に示すように、超音波振動子Ｐが一定の角度（同
図に示すθ）で駆動されるごとに超音波ビームが海底に
向けて照射され、その反射波を一定周１１ＪＩでサンプ
リングすることによって、深さ方向の探知データを順次
に得ている。このようなデータ採取を繰り返し行うこと
によって、超音波ビームが照射された地点（同図に示す
１〜８の地点）の海底断面形状が順次に観測されるわけ
である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このように超音波振動子Ｐを一定角度駆
動するごとに超音波ビームを照射すると、海底のビーム
照射地点間の距離（第９図に示したＬＩ２〜Ｌ１．）は
、超音波振動子Ｐの直下から遠方に行くほど拡がるので
、超音波振動子Ｐの直下付近では海底地形を精度よく把
握できるが、遠方に行くに従って極端に海底地形の把握
が困難になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、超音波振動子の直下から離れた地点の海底地形をも
精度よく把握することができる海底地形探知ソナーの走
査制御装置を提供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、第１図に
示すような構成を採る。

即ち、同図に鎖線で囲んで示した本発明に係る海底地形
探知ソナーの走査制御装置１０は、海底の深度に関連し
たデータを与える深度データ出力手段１１と、前記深度
データ出力手段１１から与えられた深度データに基づい
て定められる周期で、基準パルスを発生する基準パルス
発生手段１２と、前記基準パルス発生手段１２から与え
られた基準パルスを計数する基準パルス計数手段１３と
、水平な海底に対して超音波ビーム照射点が等間隔とな
る超音波ビーム照射角度データが書き込まれた超音波ビ
ーム照射角度記憶手段１４とを具４ｉｉｆ　Ｌ／ている
。

そうして、前記超音波ビーム照射角度記憶手段１４は、
前記基準パルス計数手段１３の計数出力を与えられるこ
とに基づき、当該計数出力に対応したアドレスに書き込
まれている超音波ビーム照射角度データを、超音波ビー
ム照射手段２０に与える。その結果、超音波ビーム照射
手段２０は、超音波ビーム照射点が等間隔となるような
照射角度で超音波ビームを走査する。

〈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２図は本発明の一実施例に係る制御装置を使用した海
底地形探知ソナーの構成の概略を示したブロック図であ
る。

同図において、符号３０は第１図に示した超音波ビーム
照射手段２０に対応する超音波ビーム照射部、符号４０
は第１図に示し走査制御装置ｌＯに対応する走査制御部
である。

超音波ビーム照射部３０において、３１は海底に向けて
所定周波数の超音波を発射するとともに、その反射波を
検知する超音波振動子である。超音波振動子３１は、モ
ータ３２によって海面に対する垂直断面上を１２動する
ように駆動される。超音波ビームの照射角度、即ち、超
音波振動子３１の揺動角度はポテンショメータ３３によ
って検出され、その検出信号は差動増幅器３４の一方入
力として与えられる。また、差動増幅器３４には、走査
制御部４０から超音波ビームの照射角度を指令する角度
指令電圧が他方人力として与えられる。

差動増幅器３４の差動出力は、モータ３２の駆動回路３
５に与えられる。したがって、上述した超音波振動子３
１．モータ３２．ポテンショメータ３３、差動増幅器３
４および駆動回路３５は、超音波ビームの照射角度を制
御するサーボ系を構成している。

差動増幅器３４の出力の一部は！（−Ｌ検出回路３６に
与えられる。Ｈ−Ｌ検出回路３６は、差動増幅器３４の
出力変化（Ｈ−Ｌ）を検出する。１１−Ｌ検出回路３６
の検出出力は送信トリガ発生回路３７に与えられる。送
信トリガ発生回路３７は、前記検出出力を与えられるこ
とにより、超音波振動子３１に超音波ビームを照射させ
るための送信トリガを出力する。

一方、走査制御部４０において、レンジ設定器４１は、
第１図に示した１Ｍａデータ出力手段１１に対応するも
ので、探知しようとしている海底の深度に応じて深度レ
ンジが適宜に設定される。木実施例では、例えば、１２
．５ｍ、２５ｍ、５０ｍの各深度レンジを備えている。

レンジ設定器４１の出力は、基準パルス発生回路４２に
与えられる。基準パルス発生回路４２は、第１図に示し
た基準パルス発生手段１２に対応するものであって、レ
ンジ設定器４１に設定された深さレンジに応じた周期の
基準パルスを発生する。この基準パルスの周期は、超音
波振動子３１から最遠点の海底に向けて照射された超音
波ビームが海底で反射されて戻ってくるまでの時間に対
応して定められるもので、本実施例では、深度レンジが
１２．５ｍの場合に１８ｍ５ｅｃ、　２５　ｍレンジで
３７ｍ５ｅｃ、　５０ｍレンジで５５ｍ５ｅｃにそれぞ
れ設定されている。

基準パルス発生回路４２の出力は、第１図に示した基準
パルス計数手段１３としてのカウンタ４３に与えられる
。カウンタ４３の計数出力はテーブルＲＯＭ４４にアド
レスデータとして与えられる。

テーブルＲＯＭ４４は、第１図に示した超音波ビーム照
射角度記憶手段１４に対応するもので、水平な海底に対
して超音波ビーム照射点が等間隔となる超音波ビーム照
射角度データが書き込まれている。以下に、テーブル中
の角度データの配置を具体的に説明する。第３図に示す
ように、水平な海底の深度をＤ、この海底に対する超音
波ビーム照射点（同図に示した０〜１０）の間隔をｄと
する。そうすると、任意の超音波ビーム照射点ｎ（ｎ＝
１〜１０）を照射するときの超音波ビームの照射角度θ
ｎはθｎ＝ｔａｎ−’　（ｎｄ／Ｄ）で表される。した
がって、超音波ビーム照射点ｎをアドレスに対応させ、
前述した角度算出式で求められた値が角度データとして
前記各アドレスに書き込まれている。このようにして書
き込まれたデータの配置図を第４図に示す。なお、第３
図から明らかなように、超音波ビーム照射角度θが増加
するに従って、超音波ビームのステップ角度が小さくな
る。、即ち、超音波振動子３１が水平方向に近づくに従
って、その回転速度が無限に遅くなるので、上述した超
音波ビームの角度算出を００〜９０″の範囲で行うのは
実用的ではない。そこで、本実施例では、超音波ビーム
照射点が等間隔となるような超音波ビームの走査制御範
囲を００〜±６０°の範囲とし、これを超える角度範囲
については、超音波振動子３１が一定の回転速度で駆動
されるように角度データが書き込まれている。

このようにして超音波ビームの照射角度データが書き込
まれているテーブルＲＯＭ４４から読み出された角度指
令データは、Ｄ／Ａ変換器４５によって角度指令電圧に
変換された後、前述した差動増幅器３４に与えられる。

ところで、超音波振動子３１によって検出された反射波
検出１３号は、増幅器５１を介してＲＡ　Ｍ５２に与え
られる。ＲＡＭ５２は１発の超音波ビームを発射するこ
とによって得られる深さ方向のデータを所定個数だけ記
憶できる容量を備えており、前記深さ方向に対応してア
ドレス設定されている。前記反射波検出信号は、書き込
みアドレス設定回路５３よって指定されたアドレスに順
に書き込まれる。舎き込みアドレス設定回路５３は、図
示しないクロックパルス発生回路、クロックパルス計数
回路、分周回路などから構成されており、送信トリガ発
生回路３７から出力される送信トリガを与えられること
により、クロックパルスの計数を開始する。したがって
、その計数値は深さに対応するもので、この計数値（以
下、距離クロックという）が書き込みアドレスデータと
してＲＡＭ５２に与えられる。

なお、ＲＡＭ５２の記憶容量の関係上、反射波検出信号
のサンプル個数を一定にする必要がある。

そこで、海底深度が大きくなった場合、クロックパルス
を分周することによって反射検出信号のサンプル個数が
一定になるようにして、ＲＡＭ５２のオーバーフローを
防止している。そのために、海底深度に応じて前記分周
比を可変するために、レンジ設定器４１の出力が書き込
みアドレス設定回路５３に与えられている。

一方、ＲＡＭ５２に書き込まれた探知データは、読み出
しアドレス設定回路５４によって指定されたアドレスか
ら順に高速で繰り返し読み出されることによって、Ｐ　
Ｐ　Ｉ　　（ｐｌａｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　１ｎｄｉｃ
ａｔｉｏｎ）５５の画面上のチラッキ防止と、探知方向
の各サンプリングデータの補間が行われる。、なお、ポ
テンショメータ３３の出力は偏向回路５６にも与えられ
て、この偏向回路５６からＰＰｌ５５に超音波ビーム照
射角度に応じた偏向電圧が与えられるように構成されて
いる。

次に、上述した構成を備えた実施例の作用について説明
する。

レンジ設定器４１によって深度レンジが指定されると、
これに応じた周期の基準パルスが基準パルス発生回路４
２から出力される。カウンタ４３は、前記基準パルスを
計数して、テーブルＲＯＭ４４のアドレス指定を行う。

その結果、基準パルスが出力されるごとに、テーブルＲ
ＯＭ４４から超音波ビーム照射角度指令データが読み出
されてＤ／Ａ変換器４５に与えられる。Ｄ／Ａ変換２Ｓ
４５において、前記角度指令データは角度指令電圧に変
換されて差動増幅器３４に与えられる。そうして、超音
波振動子３１．差動増幅器３４．駆動回路３５、モータ
３２、ポテンショメータ３３から構成されるサーボ系が
動作して、超音波振動子３１が前記指令電圧に対応した
照射角度に設定される。超音波振動子３１が所定の照射
角度に設定されたことが、Ｈ−Ｌ検出回路３６によって
検出されることにより、送信トリガ発生回路３７は超音
波振動子３１に送信トリガを出力する。これにより、前
記角度設定される方向に向けて、超音波振動子３１から
超音波ビームが照射される。

このようにして照射された超音波ビームの反射波は超音
波振動子３１によって検出される。そして、書き込みア
ドレス設定回路５３からアドレス指定されたＲＡＭ５２
に、超音波振動子３’ｌの反射波検出信号が深さ方向に
サンプリングされて順次に書き込まれていく。このよう
にして書き込まれた探知データが、読み出しアドレス設
定回路５４にアドレス指定されて順次に読み出されるこ
とによって、ＰＰｌ５５に探知方向の１走査線像が映し
出される。

そうして、超音波ビーム照射角度が０°〜±６０°の範
囲内において、基準パルス発生回路４２から基準パルス
が出力されるごとに、前述したと同様の動作が行われて
、超音波ビーム照射点が等間隔となるように超音波ビー
ムの照射角度が制御されて、各方向の探知が行われる。

一方、超音波ビーム照射角度が前記角度範囲を超える範
囲については、超音波振動子３１が定速駆動されて探知
される。このようにして定められた角度範囲の走査が完
了すると、カウンタ４３の計数値がクリヤーされる。そ
して、次の走査の開始とともに、カンウタ４３が基準パ
ルスを新たに計数して、超音波振動子３１の角度設定が
順次に行われる。

次に本発明のその他の実施例について説明する。

上述の実施例において、基準パルスの発射周期は、深度
データ出力手段としてのレンジ設定器４１によって設定
された深度レンジによって一義的に定められている。即
ち、海底で反射された戻ってきた反射波を検出した後に
次の超音波ビームを照射する必要性から、基準パルスの
周期は探知範囲内において超音ｍ振動子３１から最遠点
までの距離によって決定されている。例えば、第５図に
示すように、超音波ビーム照射角度を６０″の範囲内で
探知する場合、Ｒ＝Ｄ／ｃｏｓ６０°−２Ｄとなる。し
たがって、最遠点距離２Ｄで定まる周期で基準パルスを
照射した場合、第６図に破線で示した距離、即ち、最遠
点距離Ｒ（−２０）と各超音波ビーム照射点までの距離
差に相当する時間だけ、不必要な待ち時間を伴って探知
していることになる。

この実施例は、超音波ビーム照射点を等間隔にするとと
もに、前述したような不必要な待ち時間を少なくして、
必要最小限度の待ち時間で超音波ビームを照射して効率
よく海底地形を探知しようとするものである。そこで、
本実施例では、第７図に示したような深度データ出力手
段によって基準パルスの周期を決定している。なお、第
７図に示した構成部分以外の構成は第２図に示した実施
例と同様であるから、第７図においては省略している。

同図において、探知深度算出器４６は、テーブルＲＯＭ
４４から超音波ビーム照射角度指令データを、書き込み
アドレス設定回路５３から距離りロックをそれぞれ与え
られて、ｒ７　・ｓｉｎθのｆＪ算を行って、探知点（
サンプリング点）の深度を算出する。即ち、第８図に示
したように、前記超音波ビーム照射角度指令データから
上式のθが定まる。また、距離クロックは同図に示した
１〜ｎの探知点までの距離ｒ１〜ｒ７を与えるから、上
式より各探知点の深度ｄ１〜ｄ７を知ることができる。

そして、探知深度算出器４６により探知点の深度が算出
されると、その算出結果はコンパレータ４７の一方入力
として与えられる。コンパレータ４７は、前記算出結果
と、レンジ設定器４１によって適宜に予測設定されたａ
度シンジ設定値りとを比較して、両者が一敗した場合に
基準パルス発生回路４８に一致出力を与える。これによ
り、基準パルス発生回路４８は基準パルスをカウンタ４
３に出力する。このようにして探知点の深度が深度レン
ジ設定値に一敗したときに、基準パルスを出力するよう
に構成すると、超音波振動子３１から超音波ビーム照射
点までの距離が短い場合には、それに応じて基準パルス
の周期も短くなって不必要な待ち時間がなくなる。した
がって、本実施例は、上述した実施例の効果に加えて、
海底探知を効率よく行うことができるという固をの効果
をも奏する。

〈発明の効果〉 以上の説明より明らかなように、本発明に係る海底地形
探知ソナーの走査制御装置によれば、水平な海底に対し
て超音波ビーム照射点が等間隔となるように超音波ビー
ム走査をすることができるから、超音波振動子の直下の
みならず、超音波振動子の直下から遠距離の海底地形を
も精度よく把握することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の概略を示したブロック図、第２
図は本発明の一実施例を使用した海５窺地形探知ソナー
の構成の概略を示したブロック図、第３図は実施例にお
ける超音波ビーム照射角度算出の説明図、第４図はテー
ブルＲＯＭ４４のデータ配置図、第５図および第６図は
第２実施例の固有の目的を説明するための図、第７図は
第２実施例の構成部分の概略を示したブロック図、第８
図は第２実施例の動作説明図、第９図は従来装置による
超音波ビーム走査の説明図である。 １０・・・走査制′４Ｔ５装置、１１・・・深度データ
出力手段、１２・・・基準パルス発生回路、１３・・・
基準パルス計数手段、１４・・・超音波ビーム照射角度
記憶手段、２０・・・超音波ビーム照射手段。 代理人　弁理士　岡　１）和　秀 第１図 −　　　　　　−７−　　　　　−一一一第３図 Ｐ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 超音波ビーム照射手段に超音波ビーム照射角度指令デー
   タを順次に与えることに基づいて、超音波ビームを海底
   に向けて扇状に走査させる海底地形探知ソナーの走査制
   御装置であって、 海底の深度に関連した深度データを与える深度データ出
   力手段と、 前記深度データ出力手段から与えられた深度データに基
   づいて定められる周期で、基準パルスを発生する基準パ
   ルス発生手段と、 前記基準パルス発生手段から与えられた基準パルスを計
   数する基準パルス計数手段と、 水平な海底に対して超音波ビーム照射点が等間隔となる
   超音波ビーム照射角度データが書き込まれた超音波ビー
   ム照射角度記憶手段とを具備し、前記超音波ビーム照射
   角度記憶手段は、前記基準パルス計数手段の計数出力を
   与えられることに基づき、当該計数出力に対応したアド
   レスに書き込まれている超音波ビーム照射角度データを
   、超音波ビーム照射手段に与えることを特徴とする海底
   地形探知ソナーの走査制御装置。