WO2004099815A1

WO2004099815A1 - 超音波送受信装置

Info

Publication number: WO2004099815A1
Application number: PCT/JP2004/005445
Authority: WO
Inventors: Yasushi Nishimori; Akira Okunishi; Kouzo Tokuyama; Koji Tokuda
Original assignee: Furuno Electric Co., Ltd.
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2004-11-18
Also published as: GB2418020B; US20060236770A1; JP4354736B2; GB0522759D0; JP2004347319A; US7460433B2; GB2418020A

Abstract

　トロール漁船などの船舶（６）から船尾方向に延びるワープ（４）の先端にトロールネット（２）が取り付けられていて、このトロールネット（２）の網口の上部に、応答信号を送信するトランスポンダ（５）を取り付けておく。船舶（６）は船底のトランスデューサ（１）によって探知信号の送信ビームＴＢを形成し、その探知範囲を探知する。トランスポンダ（５）は探知信号を受信し、それとは異なった周波数で応答信号の送信ビームＴＰＢを形成する。スキャニングソナーのディスプレイには探知画像とトランスポンダの位置表示画像とを重畳表示または併記表示する。

Description

明細超音波送受信装置技術分野

この発明は、超音波の送受信によって水中を探知する超音波送受信装置に関するものである。背景技術

例えばトロール漁法では、スキャニングソナーを用いて魚群を探索し、発見 · 追尾した後、捕獲するといつた方法が効率的である。魚群の探索については、その魚群の大小によって異なるが、例えばイワシや二シンの魚群であれば、数百〜数千 m離れたところから探索可能である。魚群を発見すれば、魚群が自船の船首方向に位置するように回頭しつつ追尾を行い、その魚群に追いついて魚群の真上に乗り上げた後、自船の進行とともに魚群を自船後方のトロールネットに追い込んで捕獲する。その際、トロールネットの網口を如何にうまく魚群に導くかが肝要となる。

網口の位置や深さの制御は、操船や曳航速度によって行うことができる。しかし、そのためには網口の正確な位置や速度を把握しなければならない。従って、トロール漁法において網口の位置 ' 深度をモニタリングする装置の性能が漁獲効率を左右すると言つても過言ではない。

従来、網口の位置 · 深度をモニタリングするために、網口にトランスポンダを取り付け、船底に取り付けた 2個または 3個の受波器によりトランスボンダの応答信号を受信し、それらの受信信号の位相差を求めてトランスボンダの方位すなわち網口の方位を知る方法があった。また、スキヤ二ングソナーを用いて網の中位部に複数個のトランスボンダを備え、同一周波数を用いて魚群信号（エコー）と網位置信号とを重畳して表示する装置が特公平 1 一 5 3 7 5 1号公報（特許文献 1 )，実公平 5 — 2 8 7 4号公報 (特許文献 2 ) に示されている。

前者の位相差計測による方法では、トランスボンダからの直接波以外に、海面や海底で反射されるマルチパスルートによる信号が混信し、誤った方位を検出したり、安定した位置検出ができ難いという欠点があった。また、特許文献 1 ， 2 に示されている装置では次のような解決すべき課題があつた。

先ず、ドランスボンダの検出に関して、特許文献 2では、エコー信号を表示するためにトランスボンダ用の別の表示装置が必要となる。また、周波数検出のために、圧力センサ、 V F変換回路などの特別なユニットが必要となる。更に、垂直に広いビームでトランスボンダを探知するため、高い S N比が得られないという問題もあった。特許文献 1 ではエコー信号とトランスボンダの応答信号とが同一周波数であるため、両者の識別ができないという問題があった。また特許文献 1 , 2 の双方について、トランスボンダの応答信号の検出確率を上げる目的で受信周波数帯域を狭くすると，ドッブラシフトの影響を受けやすくなる。すなわち S N比とドッブラシフト耐性がトレードオフの関係となってしまう。

トランスボンダの位置表示に関して、特許文献 1 ではトランスボンダの深度情報が把握しにくいという問題があつた。

また、トランスボンダの起動に関して、特許文献 1 ではトランスボンダの起動用と探知用とを共用するため、両者を独立に最適化できない。例えばトランスボンダ起動用と探知用とで同一のティルト角で送受信する必要があった。また遠方になるほどトランスボンダに対する音圧が低下して、その起動が困難になるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、所定探知領域を探知するとともに、水中に投入したトランスボンダの位置を確実にモニタリングできるようにした超音波送受信装置を提供することにある。発明の開示

この発明は、船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナ一と、水中に投入されたトランスボンダとを備え、トランスボンダはソナ一から送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、ソナ一は、探知信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、探知信号の反射によるエコー信号と応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、エコー信号と応答信号を画像表示する画像表示手段とを'備えたことを特徴としている。

このようにトランスボンダはソナ一から送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。

また、この発明は、前記起動信号を前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことを特徴としている。これにより探知信号による探知とは独立してトランスボンダを起動させることができ、探知処理とトランスボンダ起動とをそれぞれ最適化できる。

また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスボンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことを特徴としている。これにより魚群などの探知とトランスボンダの起動とを独立に行うことができる。

また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、トランスボンダへの起動信号の送信ビームを、ソナ一からトランスボンダへの方位またはティルト角に応じて形成することを特徴としている。これにより、非常に遠方にあるトランスボンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスボンダの利用可能距離が大幅に延びる。

また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知信号の送信ビームの形成とトランスボンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、 1 回の送受信シーケンスで行うことを特徴としている。

これにより、送受信を繰り返すことにより更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスボンダの起動とを独立に処理することができる。

また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、水面に対して略垂直でトランスボンダの位置を含む垂直面内と、所定ティルト角でトランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、受信ビーム形成手段が、垂直面内と所定ティルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、画像表示手段が、垂直面内と所定ティルト角の面内におけるェコ一信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことを特徴としている。

これにより、トランスボンダの深度情報を容易に把握できるようになる。この発明によれば、トランスボンダはソナ一から送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。

また、この発明によれば、トランスボンダの起動信号を探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことにより、探知信号による探知とは独立してトランスボンダを起動させることができ、探知処理とトランスボンダ起動とをそれぞれ最適化できる。

また、この発明によれば、前記スキャニングソナ一が探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスボンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことにより、魚群などの探知とトランスボンダの起動とを独立に行うことができる。

また、この発明によれば、送信ビーム形成手段が、トランスボンダへの起動信号の送信ビームを、ソナ一からトランスボンダへの方位またはティル卜角に応じて形成することにより、非常に遠方にあるトランスボンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスボンダの利用可能距離が大幅に延びる。

また、この発明によれば、探知範囲への探知信号の送信ビームの形成と、トランスボンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、 1 回の送受信シーケンスで行うことにより、送受信を繰り返して更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスボンダの起動とを独立に処理することができる。

また、この発明によれば、水面に対して略垂直で且つトランスボンダの位置を含む面内と、所定ティルト角で且つトランスボンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームおよび受信ビームを形成し、垂直面内と所定ティル卜角の面内におけるエコー信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことにより、トランスボンダの深度情報を容易に把握できるようになる。図面の簡単な説明

図 1 は、船舶と探知範囲およびトランスボンダの位置の関係を示す図である。

図 2 は、 Hモードにおける探知画像とトランスボンダの位置表示の例を示す図である。

図 3 は、 Hモードと Vモードにおける探知画像とトランスボンダの位置を併せて表示した例を示す図である。

図 4 は、 Hモードの探知画像、 Vモードにおける 2方向の探知画像、 H モードおよび Vモードにおけるトランスボンダの位置を併せて表示した例を示す図である。

図 5 は、トランスデューサの構成例を示す斜視図である。

図 6 は、送信ビームの形成を説明するための図である。

図 7 は、受信ビームの形成を説明するための図である。

図 8 は、送信ビーム、受信ビーム、および探知範囲の関係を示す図である。

図 9 は、 Vモードでの探知時の探知範囲の例を示す図である。

図 1 0 は、スキャニングソナ一の送受信チャンネルおよび受信信号処理部の構成を示すブロック図である。

図 1 1 は、トランスボンダの構成を示すブロック図である。

図 1 2は、スキャニングソナ一のトランスデューサ、トランスボンダおよびターゲットとの間での各種信号の関係を示す図である。

図 1 3 は、スキャニングソナ一におけるタイミングチャートである。図 1 4は、第 2 の実施形態に係るスキャニングソナ一のトランスデューサ、トランスボンダおよび夕ーゲットとの間での各種信号の関係を示す図である。

図 1 5 は、受信信号処理部の構成を示すブロック図である。

図 1 6 は、スキャニングソナ一におけるタイミングチャートである。図 1 7 は、第 3 の実施形態に係るスキャニングソナ一におけるフローチャ一卜である。発明を実施するための最良の形態

第 1 の実施形態に係るスキャニングソナ一について、図 1 〜図 1 3 を参照して説明する。

図 1 はその超音波送受信装置をトロール漁法に適用した例を示している。ここで、船舶（トロール漁船） 6 の船底には、所定の送信ビームと受信ビームを形成して所定の探知範囲を探知するスキャニングソナ一のトランスデューサ 1 を備えている。船舶 6 の後方にはトロールネット 2 をワープ 4 で曳航をしている。このトロールネット 2 の網口にトランスボンダ 5 を取り付けている。ワープ 4 と卜ロールネット 2 との係合部分にはォッターボード 3 を設けていて、トロールネット 2 の曳航速度によって網口の開口が制御できるようにしている。トランスボンダ 5 はこの 2つのォッターポード 3 につける場合もある。

また、図 1 において T Bは傘状の送信ビームである。探知範囲は、この送信ビーム T B と受信ビームとにより形成される。トランスボンダ 5 が探知信号またはトランスボンダ用の起動信号を受信すると、応答信号をヮープ 4 に沿った方向すなわち船舶 6方向に送信する。図中 T P Bはその応答信号の送信ビームを示している。超音波送受信装置はトランスデューサ 1 を介してこのトランスボンダ 5 からの応答信号を受信する。

上記傘状の探知範囲のうち船舶 6 の前方（船首方向）で魚群の探索 · 発見を行い、上記傘状の探知範囲のうち船舶 6 の後方（船尾方向）で追尾し、トロールネット 2で捕獲する魚群を探知する。このとき、ワープ 4のヮープ長は例えば 1 k mであり、トロールネット 2 の水深は例えば 1 0 0 m程度であるので、探知信号の送信ビーム T Bのティル卜角は殆ど水平方向を向くことになる。

図 2 はソナ一の表示画面における表示例である。ここで（A ) はその上半分に自船の船尾方向の探知画像、画面の下部に同方向を見たトランスポンダの位置を表示している。上半分の探知画像には岸壁、海底、海面反射などと共に魚群が表れている。下半分のトランスボンダの位置表示画像では、上半分の探知画像と異なりトランスボンダの位置のみが表示される。なお、この例では船尾方向の 1 8 0 ° ずつの範囲を表示したが、探知画像とトランスボンダの位置表示画像共に 3 6 0 ° の表示が可能である。その場合には、探知画像にトランスボンダの位置表示を重畳させて表示する。この時、探知画像とトランスボンダの位置表示画像とで、信号強度に対する色変化のカーブを異ならせることによって、探知画像内でトランスポンダの位置が色調の異なった画像として表示される。このことにより、探知画像内のトランスボンダの位置を明確に把握できるようになる。

図 2 の（B ) に示す例は、探知画像とトランスボンダの位置表示とを重畳表示した例である。図中、上方が船首方向である。この例では、左舷後方に白色のトランスボンダの位置表示画像 T Pが表れている。船首方向には魚群の画像 S F 1 が、また船尾のトランスボンダ付近に魚群の画像 S F 2がそれぞれ表れている。このような状況で、その後、画像 S F 1 として表れている船首方向の魚群に追いついて、その魚群の真上を通過し、その魚群をトロールネットに追い込むように操船することになる。

図 3は、所定ティルト角の略水平面内の探知を行う Hモードと、垂直面内の探知を行う Vモードの両方を合わせて表示した例である。ここで S S は自船の位置を示している。 Hモードの表示画面では図 2 の（ B ) で示したものと同様に船首方向の魚群 S F 1 、船尾方向の魚群 S F 2 、トランスボンダの位置表.示画像 T Pが表れている。 Vモードの表示画面は Hモードの表示画面内における直線 Lの垂直方向断面である。この Hモードの画像と Vモードの画像を併せて見ることによって、トランスボンダ（すなわちトロールネットの網口）と魚群との深度方向の位置関係も容易に把握できるようになる。

図 4は、探知画像とトランスボンダの位置とを同一画面に分けて表示するようにした例である。ここで、画面左上は Hモードの探知画像、左下は Vモードの探知画像である。右下が Vモードでのトランスボンダの位置表示、その上は Hモードでのトランスボンダの位置表示である。直線 L l， L 2 , L 3 は Hモードにおいて方位、 Vモードにおいてティルト角をそれぞれ表している。 Vモードの画面は Hモードにおける直線 L I , L 2 , L 3 における垂直断面像である。

このように、魚群などの探知画像と卜ランスボンダの位置表示を併記表示すれば、トランスボンダの位置がより鮮明に表示されて両者の関係を容易に把握できるようになる。

図 5 はスキャニングソナ一に用いるトランスデューサの構成図である。図 5 に示すように、トランスデューサ 1 は、複数段、複数列の超音波振動子アレイで構成している。このトランスデューサ 1 は、船舶の底部に円筒の軸が垂直になるように設置される。

図 6 は送信ビームについて説明する図である。同図の（A ) は、水平の全方位を探査する場合に形成される送信ビームの指向性を示している。 ( B ) は、所定ティルト角の全方位を探査する場合に形成される送信ピームを示している。各振動子を駆動する際、トランスデューサ 1 の下の段ほど遅延時間を長くすることにより傘型の送信ビームを所定角度だけ下方向にティルトさせる。

図 7 は受信ビームについて説明する図である。受信ビームは、トランスデューサ 1 の円周方向の連続する複数列の振動子を組として用いる。所定数連続する複数列の振動子の受信信号を合成する際、（A ) に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて合成することにより、（ B ) に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ 1 の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、所謂ペンシル型の受信ビームを形成する。

( C ) はその遅延時間を一定にした例であり、（D ) に示すように、受信ビームは水平方向を向く。（ E ) は、下の段ほど遅延時間を長くした例であり、（F ) に示すように、受信ビームは下方向にティルトする。

このように傘型の送信ビームを形成し、その送信ビーム内の所定方位をペンシル型の受信ビームで受信することにより、傘型の探知範囲について探知する。

図 8は上記送信ビームと受信ビームによる探知範囲を示す図である。ここで、 T Bは傘型の送信ビーム、 R Bはペンシル型の受信ビームである。方位方向へはトランスデューサ 1 の列方向の振動子の数に応じた分解能で受信ビーム R Bを形成する。また、距離方向については、時間軸上のサンプリング周期に応じた分解能で、送信ビーム T B内の任意の区画 P について探知画像データを順次生成する。

図 8 において、送信ビームを水平（ S = 9 0 ° ) 方向またはそれより所定角度ティルトさせることにより、 Hモードの探知を行う。

なお、図 6 に示した例では傘型の送信ビームを形成する例を示したが、後述するように、トランスボンダの起動信号を最適化する場合に、トランスボンダへペンシル型の送信ビームを形成する。その場合は、丁度図 7 に示した位相制御を送信時に適用する。すなわち、図 7 の（ A ) に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて振動させることにより、

( B ) に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ 1 の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、ペンシル型の送信ビームを形成する。

以上に示した例では、円筒面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いたが、球面の全面またはその一部の面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いてもよい。

図 9 は、上記トランスデューサを用いて、 Vモードの探知を行う例について示す図である。図 9 の（A ) , ( B ) は、矢印で示す船首方位に対してベアリング角 αをなす垂直面の探知範囲について示している。（Α ) は円筒形のトランスデューサ 1 を用いた場合の例、（ Β ) は球形のトランスデューサ 1 ' を用いた例である。このように、 Vモードの探知では、垂直面に沿つて扇状に広がる範囲を探知する。

このように、図 9 に示した所定ベアリング角 α をなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームを形成し、その扇形に沿って、ペンシル型の受信ピームのティルト角を順次高速に変化させることにより、すなわち受信ピームの走査を行うことによって、 Vモードの探知行う。

図 1 0 の（Α ) は、スキャニングソナ一の送受信チャンネルの構成を示すブロック図である。図 1 0 において、プログラマブル送信ビームフォーマ 2 1 は、各送受信チャンネルに対して送信制御データ（ Τ Xデータ）を与える。インタフェース 1 1 は、インタフェース 2 0 を介して、プロダラマブル送信ビームフォーマ 2 1 から与えられた送信制御データに基づいてドライバ回路 1 2 の各駆動素子をスイッチング制御する。これによりドラィバ回路 1 2 は、パルス幅変調された送信信号を出力する。 Τ X増幅回路 1 3 は、その送信信号を増幅し、送信整合回路 1 4および送受切替回路 1 5 を介して振動子 1 0 を駆動する。送受切替回路 1 5 は、送信期間に Τ Χ 増幅回路 1 3 の出力信号を振動子 1 0へ導き、受信期間に、振動子 1 0が出力した信号を、受信整合回路 1 6およびプリアンプ 1 7へ受信信号として導く。プリアンプ 1 7 はこの受信信号を増幅し、ノンドパスフィルタ 1 8 は受信信号の周波数帯域以外のノイズ成分を除去する。 A Z Dコンパ一夕 1 9 は、その受信周波数帯域の信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、ディジタルデ一夕列に変換する。

上記の部分で送受信チャンネル c h 1 を構成する。この送受信チャンネルを、 c h 2 , c h 3 , · · · c h Nで示すように、振動子 1 0 の数だけ設けている。プログラマブル送信ビームフォーマ 2 1 は、 Hモードの探知を行う場合、所定のティルト角で傘状の送信ビームが形成されるように、各送受信チヤンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。また、 Vモードの探知を行う場合、図 9 に示した所定べアリング角 αをなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームが形成されるように各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。さらに、後述するように、トランスボンダの起動信号を最適化する場合、トランスボンダへ起動信号の送信ビームを形成するために、所定方位 · 所定ティルト角のペンシル型送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。

図 1 0 の（ Β ) は、（Α ) に示した複数の送受信チャンネル c h 1 ~ c h Nを用いて受信ビームを形成するとともに、所定探知範囲の探知画像およびトランスボンダの位置表示を行うための受信信号処理部のブロック図である。ここで受信ビームフォーマ 2 2 は、（A ) に示したインタフェース 2 0から入力した Nチャンネル分の受信データを基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、所定の方位にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。フィルタ 2 3 はその受信信号のうち、エコー探知送受信ビームによる受信信号 H 1 を、 2 5 k H z を中心周波数とするバンドパスフィルタのフィル夕リング（デジタルフィルタ演算）によって抽出する。また、トランスポンダ探知用受信ビームによる受信信号 H 2 を、 2 4 k H z を中心周波数とするバンドパスフィル夕のフィルタリングによって抽出する。ェンベロープ検出回路 2 4は、この 2つの受信信号 H 1 , H 2 についてそれぞれ検波し、それぞれの信号強度を求める。画像処理部 2 5 は、検出された H I , H 2 の信号強度に応じて探知画像およびトランスボンダの位置を表示するための画像データを生成する。ディスプレイ操作部 2 6 は、表示部とユーザインタフエースの入力操作部からなり、操作者の操作内容を制御部 2 7 から読み取り、画像処理部 2 5 より出力された信号を基に画像表示を行う。また、このディスプレイ操作部 2 6 は、図 1 0 に示した各部の制御を行う。例えば、 Hモードで表示する際の探知範囲のティルト角 0や、 Vモードで表示する際の船首方位に対するベアリング角ひの設定や表示モードの切り替えなどを行う。

図 1 1 はトランスボンダの構成を示すブロック図である。ここで、振動子 3 0 はソナ一からの探知信号または起動信号を受信し、その応答信号を送信する。送受切り替え回路 3 6 は、通常受信モードで待機していて、振動子 3 0 による受信信号をプリアンプ 3 1 へ与える。プリアンプ 3 1 はこれを増幅し、バンドパスフィルタ 3 2 はトランスボンダ起動用の周波数帯域（ 2 5 k H z ) を中心とする所定帯域の信号を通過させる。制御回路 3 3 はパンドパスフィルタ 3 2 の出力信号が所定の閾値を超えた時、パルス発生回路 3 4 を起動する。パルス発生回路 3 4は応答信号である 2 4 k H z のトーンパースト波を発生する。送信回路 3 5 はこれを増幅し、送受切り替え回路 3 6 を送信側に切り替えて振動子 3 0 を駆動する。これにより応答信号を送信する。

図 1 2 はスキャニングソナ一のトランスデューサ、トランスボンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキヤニングソナ一のトランスデューサからは 2 5 k H z の探知信号 f 1 が送信される。トランスボンダはこれを受信することにより起動し、 2 4 k H z の応答信号 f 2 を送信する。ターゲットは探知信号 f 1 を受動的に反射する。これによりスキャニングソナ一のトランスデューサは、エコー信号 f 1 とトランスボンダの応答信号 f 2 とが空間的に重畳された信号を受信することになる。図 1 3はスキャニングソナ一の探知動作時のタイミングチャートを示すものである。図 1 3において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち 1つの振動子へ与えられる駆動波形（送信信号）を代表して示している。この例では探知信号 f l ( 2 5 k H z ) を出力する。

「受信 AZDデータ」は、図 1 0 に示した AZDコンバータ 1 9 により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。

「 R X B M F出力」では、図 1 0に示したプログラマブル受信ピ一ムフォーマ 2 2の処理によって、ェコ一探知およびトランスボンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。この例では、 6 4本のビームでエコー探知用兼トランスボンダ探知用の受信ビームを形成する。

「フィルタ出力」では、エコー探知用のモード（H Iモード）のための 2 5 k H zの周波数フィル夕リングと、トランスボンダ探知用のモード（H 2モード）のための 2 4 k H z の周波数フィルタリングを行う。

「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図 1 0に示したエンベロープ検出部 2 4でエンベロープを検出し、画像処理部 2 5で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部 2 6 に表示する。

以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを 1つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。

次に、第 2の実施形態に係るスキャニングソナ一について、図 1 4〜図 1 6 を参照して説明する。

以上に示した例では、探知信号をトランスボンダの起動信号に兼用した例を示したが、トランスボンダの起動信号を探知信号とは異なった周波数の信号とした例について次に説明する。

図 1 4はその場合のスキャニングソナ一のトランスデューサ、トランスボンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキャニングソナ一のトランスデューサからは 2 5 k H zの探知信号 f l と、 2 6 k H z の起動信号 f 4が送信される。トランスボンダはこれを受信することにより起動し、 2 7 k H zの応答信号 ί 3を送信する。ターゲットは探知信号 f l を受動的に反射する。これによりスキャニングソナ一のトランスデューサは、エコー信号 f 1 とトランスボンダの応答信号 f 3とが空間的に重畳された信号を受信することになる。

図 1 5はこの場合の受信信号処理部の構成を示すブロック図である。各送受信チャンネルと送信ビームフォーマの構成は図 1 0の（A) に示したものと同様である。但し、送信ビームフォーマはエコー探知用の送信ビームとは別に卜ランスボンダ起動用の送信ビームを形成する。

図 1 5において、受信ビームフォーマ 2 2は、エコー探知用の受信ビームを形成し、トランスボンダからの応答信号受信用の受信ビームを形成する。フィルタ 2 3はエコー探知用受信ビームによる受信信号 H I に対して 2 5 k H z を中心とする所定帯域を通過させ、またトランスボンダからの応答信号受信用受信ビームによる受信信号 H 2 に対して 2 7 k H z を中心とする所定帯域を通過させる。その他は図 1 0の（B ) に示したものと同様である。

図 1 6はスキャニングソナ一の探知動作時のタイミングチャートを示している。図 1 6 において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち 1つの振動子へ与えられる駆動波形（送信信号）を代表して示している。この例では Hモードのための探知信号 f 1 ( 2 5 k H z )を送信し、トランスボンダ起動用信号 ί 4 ( 2 6 k H z ) を送信する。この 2つの信号は送信ビーム形成期間中に相次いで送信する。

「受信 A/Dデータ」は、図 1 0 に示した AZDコンバータ 1 9により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。

「 R X B M F出力」では、図 1 0 に示したプログラマブル受信ビームフォーマ 2 2 の処理によって、エコー探知およびトランスボンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。プログラマブル受信ビームフォ一マ 2 2 の受信ビーム形成能力が 1 2 8本の場合、エコー探知用のモード ( H I モ一ド）のためにビーム番号 1〜6 4 の 6 4本のビームを割り当て、トランスボンダ探知用のモード（H 2 モード）についてビーム番号 6 5〜 1 2 8の 6 4本のビームを割り当てる。

「フィルタ出力」では、第 1 の実施形態の場合と同様に、探知信号と応答信号にそれぞれ応じた周波数フィルタリングを行う。

「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図 1 0 に示したエンベロープ検出部 2 4でエンベロープを検出し、画像処理部 2 5で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部 2 6 に表示する。

以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを 1 つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。なお、探知信号 f 1 の送信夕イミングと、トランスボンダ起動用信号 f 4 の送信タイミングとは同時ではないので、探知画像とトランスボンダの位置表示のための描画処理時には、その時間差分の補正を行う。

このように、トランスボンダの起動信号を探知信号の送信ビームを別に形成する場合、垂直方向にビームが広がる送信ビームで起動信号を送信すれば、トランスボンダの探知を容易に行うことができる。

なお、このようにトランスボンダ起動用の信号をエコー探知用の信号とは別に作成する方法によれば、例えば F M , P S K , F S K等の変調波をトランスボンダ起動用信号として送信してもよい。そのことによってトランスボンダの起動信号とエコー探知信号との混信を更に抑制することができる。また、トランスボンダが、その応答信号として F M， P S K , F S K等の変調波を送信するようにしてもよい。そのことによってトランスポンダの応答信号とエコー信号との混信を更に抑制することができる。上述の例では、送信ビーム形成期間中に 2つの送信ビーム形成用の送信信号を時分割的に送信したが、これらを同時に送信してもよい。すなわち、探知信号 f 1 と起動信号 f 4 の合成信号を 1 つのバースト波として一度に送信するようにしてもよい。

また、上述の例では、 Hモードでエコーの探知を行い、且つトランスポンダの起動を行うようにしたが、同様にして Vモードでエコーの探知を行い、且つトランスボンダの起動を行うこともできる。さらに、 Hモードと Vモードでエコーの探知および卜ランスボンダの起動を実質的に同時に行うこともできる。例えば、 1 つの送信ビーム形成期間で、 Hモードでェコ —探知およびトランスボンダ起動のための送信ビームを形成し、 Vモードでエコー探知およびトランスボンダ起動のための送信ビームを形成する。そして受信ビーム形成期間で、 Hモードでエコー探知およびトランスポンダの位置検出のための受信ビームを形成し、さらに Vモードでエコー探知およびトランスボンダの位置検出のための受信ピ一ムを形成する。その結果、図 3や図 4 に示したように、 Hモードでの探知画像とトランスボンダの位置表示、および Vモードでの探知画像とトランスボンダの位置表示を行うことができる。

次に、第 3 の実施形態に係るスキャニングソナ一について、図 1 7 を参照して説明する。

以上に述べた幾つかの例では、所定探知範囲（断面）内にトランスボンダが存在することにより、その探知範囲への送信ビームの形成によりトランスボンダが起動されるようにした。この第 3 の実施形態は、トランスポンダの位置を追尾してトランスボンダへの起動信号を最適化するものである。

図 1 7 の（A ) はティルト角に関する処理である。まず、所定方位の垂直面内の探知画像デ一夕を生成.し、トランスボンダの垂直方向の位置（トランスボンダからの応答信号のティルト角）を検知する。そして、起動信号の送信ビームのティルト角および受信ビームのティルト角を応答信号のティルト角に合わせる。図 1 7 の（ B ) は方位に関する処理である。まず、所定の略水平面内の探知画像データを生成し、トランスボンダの水平面方向の位置（トランスボンダからの応答信号の方位）を検知する。そして、起動信号の送信ビームの方位および受信ビームの方位を応答信号の方位に合わせる。

図 1 0 に示したプログラマブル送信ビームフォーマ 2 1 は、トランスポンダへ起動信号の送信ビームが上記設定された方位とティルト角のペンシル型の送信ビームとなるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを各送受信チャンネルへ与える。また、受信ビームフォーマ 2 2 は、各送受信チャンネルからの受信デ一夕を基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、トランスボンダの方向にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。

なお、この図 7 に示した例では、起動信号の送信ビームのティルト角と方位の両方をトランスボンダの方向へ向けるように制御したが、ティルト角と方位の一方のみを制御するようにしてもよい。産業上の利用可能性

本発明は、超音波の送受信によって水中を探知する超音波送受信装置に利用可能である。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナ一と、水中に投入されたトランスボンダとを備え、

前記トランスボンダは前記ソナ一から送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、

前記ソナ一は、前記探知信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、前記探知信号の反射によるエコー信号と前記応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、前記エコー信号と前記応答信号を画像表示する画像表示手段とを備えた超音波送受信装置。

( 2 ) 前記起動信号は前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号である請求項 1 に記載の超音波送受信装置。

( 3 ) 前記送信ビーム形成手段は、前記探知範囲への探知信号の送信ビームと、前記トランスボンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えた請求項 1 または 2 に記載の超音波送受信装置。

( 4 ) 前記送信ビーム形成手段は、前記トランスボンダへの起動信号の送信ビームを、前記ソナ一から前記トランスボンダへの方位またはチルト角に応じて形成する請求項 3 に記載の超音波送受信装置。

( 5 ) 前記送信ビーム形成手段は、探知信号の送信ビームの形成と、前記起動信号の送信ビームの形成とを、 1 回の送受信シーケンスで行う請求項ェ〜 4のいずれかに記載の超音波送受信装置。 ( 6 ) 前記送信ビーム形成手段は、水面に対して略垂直で前記トランスポンダの位置を含む垂直面内と、所定チルト角で前記トランスボンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、前記受信ビーム形成手段は、前記垂直面内と前記所定チルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、前記画像表示手段は、前記垂直面内と前記所定チル卜角の面内における前記エコー信号と前記応答信号の画像を併せて表示する手段を備えた請求項 1 〜 5 のいずれかに記載の超音波送受信装置。