KR930001552B1 - 수중음파 탐지장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

수중음파 탐지장치
제1도는 본 발명에 따른 일실시예의 관련 주요부에 대한 개략선도.
제2도는 제1도의 스위치가 어떻게 작동되며, 초음파 변환기와 빔 형성기의 입력 단자가 어떻게 접속되는가를 도시한 시순차선도.
제3도는 제6도에서 도시된 본 발명에 따른 일실시예의 스위치 SWa의 일부에 대한 회로 구성도.
제4도는 제3도에서 도시된 바와같이 전계 효과 트랜지스터를 제어하기 위한 제어신호를 발생하는 신호 발생기에 대한 회로 구성도.
제5도는 제6도에서 도시된 스위치 SWa, SWb1, SWb2가 어떻게 작동되며, 빔 형성기의 입력 단자가 변환기에 어떻게 접속되는가를 도시한 시순차선도.
제6도는 본 발명에 따른 일실시예의 블록선도.
제7도는 제6도에서 도시된 배율기(11 및 12)의 두 입력 단자에 인가된 입력 신호의 진폭 변화도.
제8도, 제9도 및 제10도는 제1도, 제3도 및 제6도에서 도시된 전치 증폭기 각각에 포함된 필터의 응답 특성도.
제11도는 본 발명의 일실시예에서 사용된 전치 증폭기 각각에 대한 블록선도.
제12도는 종래 기술의 탐지장치의 관련부에 대한 개략선도.
제13도는 제3도에서 도시된 전계 효과 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하는 신호 발생기의 다른 회로 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1CH 내지 120CH : 초음파 변환기
P1 내지 P60 : 전치 증폭기
22 : 표시기 130 : 카운터
본 발명은 여러 다른 방향으로부터 나오는 도래 신호를 수신하여 도래 신호원의 방향 및 범위를 표시하기 위한 탐지장치에 관한 것으로, 특히, (i) 도래 신호의 반송파 주파수를 변화시키기 위해 도플러 효과(Doppler ettect)를 발생시키도록 도래 신호를 수신하기 위한 수단과, (ii) 상기 수신 수단에 결합되어 상기 수단으로부터 나온 출력 신호를 펄스-압축시키기 위한 정합 필터와, (iii) 정합 필터로부터 나온 출력신호를 표시하기 위한 표시기를 구비하며, 다수의 수신 빔을 각(angular)방향으로 연속적으로 형성하는 탐지장치에 관한 것이다. 상기 이러한 형의 탐지 장치는 미국 특허 제4,425,634호에서 기재되어 있다.
지금부터, 표시기면상에 물체의 방향 및 범위를 표시하기 위해 광각의 범위에 걸쳐 여러 다른 방향으로부터 도래신호를 수신하기 위한 스캐닝 수중 음파 탐지기(scanning sonar)로 실시된 것으로서 본 발명을 기술하고자 한다.
종래 기술의 탐지장치의 관련부가 도시되어 있는 제12도를 참조해 보면, 120개의 초음파 변환기(1CH 내지 120CH)가 등간격의 일렬의 변환기를 형성하는 가상원에 배열되어 있다. 전치 증폭기(P1 내지 P120)는 초음파 변환기(1CH 내지 120CH)에 의해 수신된 수신 신호를 증폭시킨다. 스위치 SW는 소정의 속도로 전치 증폭기(P1 내지 P120) 각각의 출력 단자를 빔 형성기 BM의 입력단자에 연속적으로 접속시켜 전치 증폭기(P1 내지 P120) 각각의 출력 신호를 빔 형성기에 공급한다. 결과로서, 도플러 효과가 발생되어 수신된 도래 신호의 반송파 주파수가 변화된다. 정합 필터를 구비한 빔 형성기는 수신된 신호를 펄스-압축시켜 희망 방향으로 도입하여 탐지된 신호가 발생된다.
변환기(1CH 내지 120CH) 각각에 의해 발생된 수신 신호가 전치 증폭기(P1 내지 P120)의 출력 단자에 선택 및 도출되어 빔 형성기의 입력 단자에 공급되어진다.
종래 기술의 탐지장치에 있어서는 6개열의 초음파 변환기가 원주면을 따라 실린더의 표면상에서 서로 평행하게 배열되어 있으며, 상기 각각의 열은 120개의 초음파 변환기로 구성된다. 따라서, 실린더의 표면상에는 720개의 초음파 변환기가 배열되어 있으며, 모든 초음파 변환기는 대응하는 전치증폭기에 독립적으로 접속되기 때문에 탐지장치의 수신장치에는 동수의 전치 증폭기가 제공되는 것이 필요로 된다. 스위치 SW는 전치 증폭기(P1 내지 P120)의 출력 단자와 빔 형성기의 입력 단자간에 제공되며, 변환기(1CH 내지 120CH) 각각에 의해 발생된 수신 신호는 스위치 SW에 의해 선택되어 빔 형성기 BM의 입력 단자에 인가되어진다. 따라서, 수신장치의 크기 및 수신장치에 의해 소비된 전력은 전치 증폭기의 수에 의해 정해진다.
수신장치의 제조 비용은 거의 전치 증폭기의 비용으로 정해진다.
따라서, 본 발명의 목적은 탐지장치의 성능을 저하시킴이 없이도 크기를 상당히 감소시켜 조정 및 보유가 용이한 탐지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 보다 적은 수의 전치 증폭기를 가져 수신 장치의 크기와 제조 비용 및 전력 소모를 감소시키면서 초음파 변환기 각각의 출력 신호를 연속적으로 도출할 수 있는 탐지 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환기와 전치 증폭기의 입력 단자간에 제공된 스위치와 전치 증폭기의 출력 단자와 빔 형성기의 입력 단자간에 제공된 다른 스위치에 의하여 초음파 변환기로 발생된 수신 신호를 도출하는 탐지장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양상에 의하면, 도플러 효과가 발생되어 도래 신호의 반송파 주파수를 변화시키는 방법으로 여러 방향으로부터 도래 신호를 수신하여 표시기상에 수신된 도래 신호로부터 생성된 표시를 제공하기 위하여, (ⅰ) 도래 신호를 수신하기 위한 다수의 초음파 변환기와, (ⅱ) 초음파 변환기에 의해 발생된 수신 신호를 증폭하기 위한 다수의 전치 증폭기와, (ⅲ) 초음파 변환기 각각을 대응하는 전치 증폭기에 접속하기 위한 제1접속 수단과, (ⅳ) 초음파 변환기에 의해 발생된 수신 신호를 펄스-압축하기 위한 정합 필터와, (ⅴ) 전치 증폭기의 출력단자를 정합 필터의 입력 단자에 염속적으로 접속하기 위한 제2접속 수단과, (ⅵ) 상기 정합 필터로부터 나온 출력 신호를 표시하기 위한 표시기를 구비하는 탐지장치가 제공된다.
제1도 및 제2도를 참조해 보면, 본 발명의 원리를 지금부터 기술하고자 한다. 120개의 수신 변환기(1CH 내지 120CH)가 등간격으로 하나의 원상에 배치되어 있다. 상기 이들 변환기는 두 그룹으로 분할되는데, 한 그룹은 변환기(1CH 내지 60CH)를, 또 다른 그룹은 변환기(61CH 내지 120CH)를 포함한다. 전치 증폭기(P1 내지 P60) 각각의 입력단자는 스위치 SWa에 의해 두 그룹의 변환기, 즉 변환기(1CH 내지 60CH)와 변환기(61CH 내지 120CH)중 대응하는 한 변환기 그룹에 교대로 접속된다. 스위치 SWa는 60개의 스위치소자(SW1 내지 SW60)로 구성된다. 스위치 SWa는 전치 증폭기(P1 내지 P60)의 출력단자를 빔 형성기 BM의 입력 단자에 연속적으로 접속시킨다. 스위치 SWb는 디지털 제어된 아나로그 스위치, 예를들어, 모토로라 인코포레이티드에서 제조된 MC 14051Bs 인 아나로그 멀티플렉서로 구성된다. 따라서, 전치 증폭기(P1 내지 P60)에 의해 증폭된 수신 신호는 연속적으로 도출되어 빔 형성기 BM에 공급된다.
제2도를 참조해 보면, 제2a도 내지 제2e도로서 표시된 부는 60개의 스위스 소자(SW1 내지 SW60)를 구비한 스위치 SWa가 어떻게 작동되는가를 도시한 것이다. 심볼(1CH 내지 120CH)은 초음파 변환기에 할당된 심볼이다. 따라서, 초음파 변환기가 대응하는 전치 증폭기의 입력 단자에 접속되는 방법을 도시하고 있다. 제2f도 내지 제2i도로서 표시된 부는 스위치 SWb가 어떻게 작동되는가를, 즉, 변환기에 대응하는 전치 증폭기의 출력단자가 빔 형성기의 입력단자에 어떻게 접속되는가를 도시한 것이다. 심볼(1CH 내지 120CH)은 또한 변환기에 할당한 심볼이다. 시순차 선도로부터 초음파 변환기(1CH 내지 120CH)가 제어기에 의해 제어되는 스위치 SWa및 SWb에 의해 빔 형성기 BM의 입력 단자에 연속적으로 접속된다는 것을 알 수 있다.
제6도를 살펴보면, 120개의 초음파 전기 왜곡(electro strictive)변환기(1CH 내지 120CH)가 등거리 간격으로 하나의 원상에 배열되어 있다. 이들 변환기는 두 그룹으로 분할되는데, 한 그룹은 변환기(1CH 내지 60CH)를, 다른 그룹은 변환기(61CH 내지 120CH)를 포함한다. 전치 증폭기(P1 내지 P60)각각의 입력단자는 스위치 SWa에 의해 두 그룹(1CH 내지 60CH) 및 (61CH 내지 120CH)각각의 변환기중 대응하는 것에 접속된다. 스위치 SWa는 60개의 스위칭 소자(SW1 내지 SW60)를 구비한다. 스위칭 소자 SW1은 전치증폭기 P1의 입력단자를 변환기(1CH 및 61CH)중 하나에 교대로 접속시킨다. 스위칭 소자 SW2는 전치증폭기 P2의 입력단자를 변환기(2CH 및 62CH)중 하나에 접속시킨다. 동일한 방법으로, 스위칭 소자(SW3 내지 SW60) 각각은 전치 증폭기(P3 내지 P60)중 하나의 입력 단자를 각각의 대응하는 변환기 쌍(3CH 및 63CH) 내지 (60CH와 120CH)의 한 변환기에 교대로 접속시킨다. 스위치 SWa1는 기수 번호화된 (P1, P3, …, P59)의 출력 단자를 배율기(11)의 입력단자에 연속으로 접속시키는 30개의 스위칭 소자를 구비한다. 스위치 SWb2는 우수 번호화된 전치 증폭기(P2, P4, …P60)의 출력 단자를 배율기(12)와 입력 단자에 연속접속시키는 30개의 스위칭 소자를 구비한다.
스위치 선택 제어회로(10)는 스위칭 소자를 선택하도록 스위치 SWa, SWa1, 및 SWb2를 제어하여 희망하는 대로 접속 및 분리 동작을 수행한다. 스위치 SWa는 우선 전치 증폭기(P1 내지 P60) 각각의 입력단자를 초음파 변환기(1CH 및 60CH)중 대응하는 것에 연속적으로 접속시키며, 다음에는 P1, P2, …P60의 순서로 전치 증폭기(P1 내지 P60)각각의 입력 단자를 변환기(61CH 및 120CH)중 대응하는 것에 연속적으로 접속시킨다. 스위치 SWb1및 SWb2는 기수 및 우수 번호화된 전치 증폭기(P1 내지 P60)의 출력 단자를 배율기(11 및 12)의 입력 단자에 연속적으로 각각 접속시켜 전치 증폭기(P1 내지 P60)의 출력 단자가 빔 형성기의 입력 단자에 연속적으로 접속되어 진다. 신호 발생기(13)는 서로 동상으로 시프트되는 삼각파형 신호를 발생시켜, 발생기(11 및 12)의 입력에(제7도에서 도시된) "c" 및 "d"로서 표시된 이들 삼각파를 공급한다. 배율기(11)는 전치 증폭기로부터 한 입력 단자에 공급되어진(제7도에서 도시된) "a"로서 표시되는 수신 신호와 다른 입력 단자에 공급된(제7도에서 도시된) "c"로서 표시되는 삼각파 신호를 승산하여, 생성 신호를 가산기(14)의 한 입력단자에 공급한다. 배율기(12)는 전치 증폭기로부터 한 입력 단자에 공급된(제7도에서 도시된) "b"로서 표시되는 수신 신호와 다른 입력 단자에 공급된(제7도에서 도시된) "d"로서 표시되는 삼각파신호를 승산하여, 생성신호를 가산기(14)의 다른 입력에 공급한다. 가산기(14)는 두 입력 단자에 공급된 신호를 서로 가산하여, 가산된 생성신호를 아나로그 지연 회로(15)의 신호 입력 단자에 공급한다.
제7도에서는 "a", "b", "c" 및 "d"로 표시된 신호간의 관계를 도시한다. 제7도의 a 및 b에 있어서, 각각의 블록에 주어진 번호는 초음파 변환기(1CH 내지 120CH)에 할당된 번호와 일치한다. 알 수 있는 바와 같이, 인접한 두 변환기에 의해 발생된 수신신호는 시간에 따라 증가 또는 감소식으로 웨이티드되어 수신 신호를 평균함으로써, 일정한 속도로 기계적으로 회전되는한 초음파 변환기에 의해 수신된 것과 동일한 신호를 얻을 수 있다.
아나로그 지연 회로(15)는 등간격된 다수의 즉, n개의 출력 단자를 가지며, 수신 빔을 형성하는데 사용되는 한 그룹의 초음파 변환기로 발생된 수신 신호를 기억한다. 저항 r1, r2, r3, …rn이 아나로그 지연 회로(15)의 대응하는 출력 단자와 연산 증폭기(16 및 17)의 한 입력 단자간에 개재된다. 연산 증폭기(16)의 한 입력에는, 아나로그 지연 회로(15)의 입력에 인가되는 입력 신호의 정 부분(positive portions)을 샘플링 함으로써 얻어진 신호가 공급된다. 연산 증폭기(17)의 한 입력에는, 지연 회로(15)에 입력되는 신호의 부 부분(negative portions)을 샘플링함으로써 얻어진 신호가 공급된다. 연산 증폭기(16 및 17)의 출력 단자는 연산 증폭기(18)의 두 입력 단자에 접속된다. 지연 회로(15)의 신호 입력에 인가된 입력 신호는 클럭 펄스가 회로(15)의 클럭 입력에 인가될 때마다 진행되며, 지연 회로(15)에 기억된 신호는 대응하는 출력 단자에서 나타난다. 아나로그 지연 회로(15)의 이들 출력 신호는 저항 r1, r2, r3, …rn과, 연산 증폭기(16 및 17)의 한 입력 단자와 출력 단자간에 삽입된 저항 R1 및 R2에 의해 웨이티드되어, 연산 증폭기(18)에 의해 서로 가산된 신호가 발생된다. 저항 r1, r2, r3,…rn과, 저항 R1 및 R2의 값은, 음향원으로부터 희망방향으로 나온 신호의 진폭이나 아나로그 지연회로의 신호 입력에 공급된 제1신호가 우측단에 도달하며 모든 출력 신호가 각각의 출력 단자에 나타날때는 다른 방향으로부터 나온 다른 도래 신호의 진폭에 대해 최대가 되도록 각각 정해진다. 따라서, 정합 필터는 아나로그 지연 회로(15), 저항 r1, r2, r3, …rn, 연산 증폭기(16, 17, 18) 및 저항 R1, R2, R3 및 R4로 형성된다.
증폭기(21)는 희망 방향으로부터 나오는 도래 신호만을 포함한 연산 증폭기(18)의 출력 신호를 증폭하여. 증폭된 신호를, 예를들어, 음극선관을 구비한 표시기(22)의 입력 단자에 공급한다. 편향 회로(23)는 음극선관의 전자 빔을 집중적으로 편향시키는 편향 신호를 발생시킨다. 제어기(20)는 타이밍 제어 신호를 발생시켜 스위치 선택 제어 회로(10), 신호 발생기(13), 아나로그 지연 회로(15) 및 편향 회로(23)에 제어 신호를 각각 공급한다.
제3도를 참조해 보면, 초음파 변환기(1CH)의 한 출력 단자는 도시바에서 제조된 2SJ103 등과 같은 공핍모드 P채널 접합 전계 효과 트랜지스터(이후 "FET"로 명명)의 소스 단자에 접속된다. FET(Q1)의 드레인 단자는 전치 증폭기(P1)의 입력 단자에 접속된다. 초음파 변환기(61CH)의 한 출력 단자는 FET(Q61)의 소스 단자에 접속된다. FET(Q61)의 드레인 단자는 또한 전치 증폭기(P1)의 입력 단자에도 접속된다. FET(Q1 및 Q61)이 게이트 단자에는 스위치 선택 제어 회로(10)로부터 TTL 진폭 레벨을 갖는 제어 신호가 제어회로(10)로부터 TTL 진폭 레벨을 갖는 제어 신호가 공급되어 FET를 스위치 온시켜 변환기(1CH 및 61CH)에 의해 택해진 수신신호를 통과시킨다. 제3도에서 도시된 두 쌍의 다이오드는 제한 회로를 형성하여 FET(Q1 및 Q61)에 공급된 입력 신호의 진폭 레벨을 제한시킨다.
제4도에서는 제3도에서 도시된 FET(Q1 및 Q61)등의 FET의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호를 발생하기 위한 회로 선도를 도시한다. 제4도를 참조해 보면, 시프트 레지스터(30 및 31)는 서로 직렬 접속되어 30개 출력 단자를 갖는다. 시프트 레지스터(30)의 한 입력 단자에는 갖는다. 시프트 레지스터(30)의 한 입력 단자에는 제3도에서 도시된 FET(Q1 및 Q61)등의 FET의 온-오프 주기를 결정하는 FS 신호가 공급되는 한편, 클럭 입력 단자에는 클럭 펄스가 공급되어진다. 시프트 레지스터(30 및 31)의 출력 단자 각각에서, 클럭 펄스의 반복 주기와 등가인 시간만큼 연속 시프트된 FS 신호가 발생된다. 파형 변환 회로(32)는 연산 증폭기, 콘덴서, 저항 및 제너 다이오드로 구성되며, 직각형의 FS 신호를 사다리꼴 파형으로 변환 시킨다. 신호 레벨 강하 회로(33)는 연산 증폭기 및 저항으로 구성된다. 신호 레벨 변환 회로(36)는 신호 레벨 강하 회로(33)의 출력 신호의 전압 레벨을 FET의 핀치 오프(pinch-off) 전압까지 상승시키도록 작용한다. 극성 변환 회로(34)는 연산 증폭기 및 저항으로 구성되며, 신호 레벨 강하 회로(33)의 출력 신호의 극성을 반전시키도록 작용한다. 신호 레벨 변환 회로(35)는 신호 레벨 변환 회로(36)와 동일하게 구성된다.
신호 레벨 변환 회로(35)의 출력 신호는 FET(Q1 및 Q2)의 게이트 단자에 공급된다. 신호 레벨 변환 회로(36)의 출력 신호는 FET(Q61 및 Q62)의 게이트 단자에 공급된다. 동일하게, 다른 신호 레벨 변환 회로의 출력단자는 FET 의 대응쌍의 게이트 단자에 각각 접속된다. 따라서, 스위칭 소자, 즉, FET는 직각 파형 신호로 구동되며, 이 신호의 선연 및 후연은 상부점 및 하부점에서 라운드 오프된다. 상기 이러한 변형 신호의 이용으로 제어 신호에 포함된 고주파수 성분이 억제되어 스위칭 동작을 FET로 행할 때 발생되는 잡음을 상당히 감소시킬 수 있다.
제5도를 참조해 보면, (1) 내지 (10)으로서 표시된 부분은 스위치 SWa가 어떻게 작동되는가를 도시한 것이다. ( )내의 숫자는 초음파 변환기(1CH 내지 120CH)에 지정된 번호와 동일하다. (11) 내지 (20)으로서 표시된 부분은 스위치 SWb1및 SWb2가 어떻게 스위치 온 및 스위치 오프되는가를 도시한 것이다. 제5도의 (11) 내지 (20)으로 표시된 부분의 번호는 이들의 출력 신호를 대응하는 전치 증폭기에 공급하는 변환기에 대응한다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 제5도의 (1) 내지 (10)에서 도시된 바와같이, 1CH 및 2CH, 3CH 및 4CH 등의 인접한 두 변환기 쌍은 대응하는 전치 증폭기(P1 내지 P4)에 동시에 접속되거나 또는 분리된다. 이러한 장치는 스위칭 소자용인 제4도에 도시된 구동 회로의 수를 절반으로 감소시킨다.
지금부터 전치 증폭기에 포함된 필터의 몇몇 특징에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 상기 실시예에 있어서, 예를들어, 전치 증폭기(P1)의 입력에는 변환기(1CH 및 61CH)에 의해 택해진 수신 신호가 교대로 공급되어진다. FET(Q1 및 Q61)가 변환기(1CH 및 61CH)를 전치 증폭기(P1)의 입력 단자에 접속시키거나 또는 이로부터 분리시키기 위하여 스위치 온 및 스위치 오프될 때 잡음이 발생되어 전치 증폭기의 입력단자에도 인가된다. 잡음은 전치 증폭기기의 입력 단자에 인가된 수신 신호에 비해 진폭이 우세한데, 이것은 변환기로부터 전달된 수신 신호가 미약하고 작기 때문이다. 더우기, 전치 증폭기의 입력 단자에 안가된 직각형의 수신 신호는 이로써 신호의 선연 및 후연에서 라운드 오프되는데, 이것은 장치 증폭기의 주파수 특성이 협 대역폭을 갖기 때문이다. 제8도에서 이러한 현상을 도시한다. 제8도를 참조해 보면, "Ta"는 변환기(1CH)로 발생된 수신 신호가 샘플되어지는 순시를 도시하며 "Tb"는 변환기(61CH)로 발생된 수신신호가 샘플되어지는 순시를 도시한다. 변환기(61CH)에 관련하여 스위칭 동작으로부터 생겨나는 잡음 후미부가 순시 "Ta"에 남아 있으면, 잡음 후미부는 지향성 정보를 갖는 잡음이 되어, S/N 비를 감소시킨다. 반면 변환기(1CH)에 관련하여 스위칭 동작으로부터 생겨나는 잡은 후미부가 순시 "Tb"에 남아있으면, 잡음은 변환기(61CH)에 의해 발생된 신호로 누화될 것이다. 따라서, 잡음 후미부에 의해 초래된 영향은 전치 증폭기에 포함된 필터를 설계함에 있어서 감소되어져야 한다.
제11도를 참조해 도면, 혼합기(40)의 한 입력 단자에는 대응하는 변환기로부터 나온 주파수 "fi"를 갖는 수신 신호가 공급되며, 다른 입력 단자에 국부 발진기로부터나 나온 주파수 "fi"를 갖는 신호가 공급되어, 주파수 변환을 행하여 "fo=fi-fl"를 갖는 출력 신호를 발생시켜 입력 신호를 증폭하기 위한 증폭기(41)의 입력 단자에 공급한다. 대역 통과필터(42)는 소정의 주파수 범위내의 주파수를 갖는 신호를 통과시킨다. 상술된 현상은 필터(42)의 주파수 특성을 적절히 설계함으로써 감소된다.
스위치 온 및 스위치 오프될 때 대응하는 FET에 의해 발생된 잡음에 관해서는, 필터가 갖고 있는 임펄스 응답이 먼저 분석된다. 제9도에서는 필터의 임펄스 응답을 나타내는 파형을 도시한다. 시간 "ts"는 스위칭 잡음이 발생되는 순시에서 신호가 샘플되어지는 다른 순시까지의 주기를 나타낸다. 필터는 임펄스 응답을 갖도록 설계되며, 이 응답값은 신호가 샘플될때의 순시에서 수신 신호의 진폭에 비해 소정치보다 작게 된다.
수신 신호로부터 나오는 신호 후미부에 대해서는 버스트 신호에 대한 필터 응답을 분석한다. 제10도에서는 버스트 신호 및 생성된 응답 파형을 도시한다. 본원에서 "to"는 지연 시간을 표시하는 것으로 필터의 주파수 범위에서 위상 스펙트럼 경사도로 주어지며, "tr"은 상승시간으로 필터의 주파수 대역폭에 욕비례한다. 또한, 후미부에 포함된 리플의 진폭은 정현파 적분 함수의 변화를 분석함으로서 얻어진다. 이러한 방법으로, 필터의 특성은, 버스트 신호에 대한 필터의 임펄스 응답을 분석하며, 변환기(1CH)에 의해 발생된 수신 신호의 진폭과 변환기(61CH)에 의해 발생된 수신 신호의 진폭간의 차 즉 누화비가 소정의 레벨보다 크게 되도록 정해진다.
전치 증폭기의 주파수 대역폭을 넓게 함으로써 스위치 잡음 감소시킬 수 있으며 누화의 감결합을 개선시킬 수 있다. 그러나, 대역폭을 부적당히 넓히게 되면 S/N 비가 감소되어진다. 따라서, 필터의 주파수 대역폭은 가능한한 협소하게 하는 것이 필요로 된다. 전치 증폭기의 희망 주파수 대역폭은 반송파 주파수를 갖는 도플러 시프트에 관련하는 주파수 대역폭과, 수증내로 방사된 탐색 펄스 신호의 펄스폭에 관련하는 주파수 대역폭에 의해 정해진다. 도플러 시프트에 관해서는, 다음의 근사방정식을 이용하여 주파수 대역폭을 얻는다.
±Δf1=0.7mf[㎐]
여기서 m은 검출된 물체에 대한 배의 상대속도[Knot] f는 중심 주파수[㎑]탐색 펄스 신호의 펄스폭에 관해서는, 다음의 근사 방정식을 이용하여 주파수 대역폭을 얻는다.
±Δf2=1.3/2ΔT
여기서 ΔT는 탐색 펄스 신호의 펄스폭.
비록 FET를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하는 신호 발생기가 상기 실시예에서 사용되더라도, 제13도에서 도시된 다른 신호 발생기도 사용된다는 것에 주목된다. 제13도를 참조해 보면, 신호 발생기는 카운터(130), 메모리(131), 선택기(132), 30개의 디지털-아나로그 변환기(이후 "D-A 변환기"로 참조)(133, 140)를 구비한다. D-A변환기(133)는 D-형 플립플롭으로 구성된 랫치 회로(134), 저항, 두 개의 연산 증폭기(135 및 136), 두 저항 및 두 콘덴서를 구비한다. 연산 증폭기(135)는 FET (Q1 및 Q2)의 게이트 단자에 공급되는 제어 신호를 발생하며, 연산 증폭기(136)는 FET(Q61 및 Q62)의 게이트 단자에 공급되는 제어 신호를 발생한다. 제어 신호는 상부 및 하부 평면 레벨부와, 상부 레벨과 하부 레벨간의 곡선부로 형성되는데, 상기 곡선부는 정현파형으로 형상되어 있다. 랫치 회로(134)의 한 그룹의 4개 출력 단자에서 나타나는 4개 출력신호는 각각 R, R/2, R/4 및 R/8의 값을 갖는 각각 4개 저항으로 웨이트 된다. 생성된 웨이티드 신호는 연산 증폭기(135)의 한 입력 단자에 공급된다. 랫치 회로(134)의 다른 그룹의 4개 출력 단자에서 나타나는 4개 출력 신호는 4개 저항으로 각각 웨이트 된다. 생성된 웨이티드 신호는 연산 증폭기(136)의 한 입력 단자에 공급된다. 카운터(130) 및 선택기(132)의 한 입력 단자에 클럭 펄스가 공급된다. 카운터(130)는 판독 전용 메모리로 구성된 메모리(131)의 15개 입력 단자에 공급되는 가변 계수값을 연속 발생한다, 메모리(131)는 D-A변환기로 발생된 신호의 곡선부에 대응하는 정현파의 두부를 각각 나타내는 30종류의 디지털 신호를 기억한다. 메모리(131)는 정현 파형부를 나타내는 한 그룹의 디지털 신호를 랫치 회로(134)의 4개 입력 단자에 공급하며, 또한 다른 그룹의 디지털 신호를 디코더를 구비한 선택기(132)에도 공급한다.
선택기(132)는 30개의 D-A변환기를 연속 선택하여 D-A 변환기의 랫치의 클럭 입력 단자에 펄스를 공급한다. 랫치 회로(134)는 이 회로의 클럭 입력 단자에 인가된 펄스에 응답하여 출력 신호를 발생한다.
비록 신호 발생기(131)가 상기 실시예에서 배율기(11 및 12)에 대해 삼각파를 발생하더라도, 정현파 또는 여현파를 발생 및 전달하여 상기 실시예에서와 동일한 결과를 얻을 수 있다는 것에 주목된다.
한 가상원에 배열된 단지 한 열의 120개 초음파 변환기가 본 발명에 따른 상기 실시예에서 사용되더라도, 다수열의 변환기가 인접한 두 변환기 열사이에서 등간격으로 수직 배열될 수 있다. 이러한 배열에 의해 가상 수직선상에 배열된 변환기로 택해진 수신 신호의 위상을 서로에 대해 제어함으로서 희망하는 어떠한 틸트 방향으로도 수신 빔을 전달할 수 있다.
비록 전치 증폭기의 수가 본 발명에 따른 상기 실시예에서 절반으로 감소되었더라도, 전치 증폭기의 수는 초음파 변환기를 3그룹으로 분할함으로서 2/3로 감소할 수 있다는 것에 주목된다.
비록 본 발명을 특정한 실시예만을 참조하여 상세히 기술되어졌더라도, 본 기술분야에 숙련된 자에게는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한은 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다는 것은 주지의 사실이다.

Claims (5)

  1. 도플러 효과를 발생시켜 도래 신호의 반송파 주파수를 변화시키도록 여러 방향으로부터 도래 신호를 수신하여 수신된 입력 신호로부터 생성된 표시를 표시기상에 제공하는 수중 음파탐지 장치로서, (i) 도래 신호를 수신하기 위한 다수의 초음파 변환기(1CH, 2CH, 3CH, … 120CH)와, (ii) 상기 초음파 변환기에서 발생된 수신 신호를 증폭하기 위한 다수의 전치 증폭기(P1, P2, P3,… P60)와, (iii) 적어도 두 개 이상의 초음파 변환기를 단일 전치 증폭기(P1, P2, …, P60)에 접속시키기 위한 제1접속 수단(SW1, SW2, SW3, …, SW60)과, (ⅳ) 상기 초음파 변환기에서 발생된 상기 수신 신호를 펄프-압축하기 위한 필터(15, r1, r2, …, rn, 16, 17, 18, R1, R2, R3, R4)와, (ⅴ) 상기 전치 증폭기의 출력 단자를 상기 필터의 입력 단자에 연속 접속하기 위한 제2접속 수단(SWb1, SWb2)과, (ⅵ) 상기 필터로부터 나온 출력 신호를 표시하기 위한 표시기(22)를 구비한 수중음파 탐지장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1접속 수단은, 소스 단자가 초음파 변환기에 접속되며, 드레인 단자가 대응하는 전치 증폭기의 입력 단자에 접속되어진 전계 효과 트랜지스터를 구비한 수중음파 탐지장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에는 직각 파형으로 형상된 펄스 신호가 공급되며, 이 펄스 신호의 선연 및 후연은 라운드 오프되어지도록 한 수중음파 탐지장치.
  4. 제2항에 있어서, 소스단자가 인접한 다수의 초음파 변환기에 각각 접속되어 있는 다수의 전계 효과 트랜지스터는 동시에 구동되어 상기 변환기에서 수신된 수신 신호를 대응하는 전치 증폭기에 공급하도록 한 수중 음파 탐지 장치.
  5. 도플러 효과를 발생시켜 도래 신호의 반송파 주파수를 변화시키도록 여러 방향으로부터 도래 신호를 수신하여 수신된 도래 신호로부터 생성된 표시를 표시기상에 제공하는 수중음파 탐지 장치로서, (ⅰ) m개(m＞1)의 인접 변환기(1CH, 2CH, …, 60CH, 61CH, 62CH, … 120CH)를 각각 구비한 n개 그룹으로 분류되어 도래 신호를 수신하는 다수의 초음파 변환기(1CH, 2CH, 3CH, …, 120CH)와, (ⅱ) 상기 초음파 변환기에 의해 발생된 수신신호를 증폭하기 위한 n개의 전치 증폭기(P1, P2, …, P60)와, (ⅲ) 상기 n개 그룹 각각의 m개의 인접 초음파 변환기(1CH, 2CH, …, 60CH, 61CH, 62CH,…, 120CH)를 단일 장치 증폭기(P1, P2, …, P60)에 차례로 접속하기 위한 제1접속 수단(SW1, SW2, …, SW60)과, (ⅳ) 상기 초음파 변환기에 의해 발생된 상기 수단 신호를 펄스-압축하기 위한 필터(15, r1, r2, …, rn, 16, 17, 18, R1, R2, R3, R4)와, (ⅴ) 상기 m개의 전치 증폭기의 출력 단자를 상기 필터의 입력 단자에 연속 접속하기 위한 제2접속 수단(SWb1, SWb2) 및 (ⅵ) 상기 필터로부터 나온 출력 신호를 표시하기 위한 표시기(22)를 구비한 수중음파 탐지장치.
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