WO2006038330A1

WO2006038330A1 - 魚群の魚量情報を算出可能な水中探知装置及びその方法

Info

Publication number: WO2006038330A1
Application number: PCT/JP2005/006538
Authority: WO
Inventors: Kohji Iida; Yasushi Nishimori; Emi Okazaki
Original assignee: Furuno Electric Co., Ltd.; National University Corporation Hokkaido University
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-04-13
Also published as: GB0704964D0; JP2006105701A; US20080031092A1; GB2432672A; US7768875B2; JP5082031B2; GB2432672B

Abstract

船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部（３）と、前記送信された超音波信号に起因する魚群ＦＳ内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部（４）と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部（５）とを備える。信号処理部（５）が、受信ビームにより得られる入力換算音響強度を所定の三次元方向に積分することによって、前記魚群ＦＳの魚量情報を算出する。

Description

明細書

魚群の魚量情報を算出可能な水中探知装置及びその方法

技術分野

本発明は、超音波信号を送信し、受波ビームを形成して魚群を探知するスキャニングソナーや水底探査ソナー装置等の水中探知装置に関し、とくに、魚群の魚量情報を算出する水中探知装置に関する。

背景技術

水中に存在する魚群を探知する手段として、魚群探知機やスキャニングソナ一等の音響機器が用いられている（例えば、特許文献 1 「特公昭 4 8 一 2 6 2 9 9号公報」及び特許文献 2 「特開 2 0 0 3 — 2 0 2 3 7 0号公報」参照）。魚群探知機は船体に設けられ、船体の鉛直下方に向けて超音波のビームを送信することによって船体の下方を走査し、船体の下方に存在する魚群を探知する。スキャニングソナ一も同様に船体に設けられるが、船体周囲の水中に向けて超音波のビームを送信することによって船体の周囲を走査し、船体の周囲の水中に存在する魚群を探知する。これらの音響機器による走査で魚群を探知した場合、探知した魚群の所定断面が走査画像として表示される。

ところが、漁業者の立場からみると、魚群の所定断面の走査画面のみでなく魚群の魚量情報を把握することが操業効率向上の観点から好ましい。そこで、所定のティルト角で全周囲方向に走査を行う水平モードと、略垂直方向の扇形の断面を走査する垂直モードとを備えるスキャニングソナーが提案されている（例えば、特許文献 2参照）。このスキャニングソナ一によれば、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像をそれぞれ表示する。漁業者は、これらの走査画像に基づいて魚群全体の形状を把握し、魚群の魚量情報を推定している。なお、魚群探知機は、船体の鉛直下方に向けて超音波のビームを送信するので魚群全体の形状を把握することがでさない。

しかしながら、水平モードの走査画像及び垂直モーの走査画像に基づいて魚群全体の形状等を把握する場合、両画像の対応関係を把握することは容易ではな < 、漁業者の経験に依るところが大きいまた、これらの両画像に基づいて魚群の魚量情報を推測しても、推測する者が異なれば異なつた判断をする可能性が高いため、得られたデ一夕のハ、ラツキも大きい。さらに、かかる魚群の魚量情報の推測値は定性的な結果しか得られない。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであつて、漁業者の経験に依らず且つばらつきが少ない魚群の魚量情報を定量的に算出可能な水中探知装置及びその方法を提供することを目的とする。発明の開示

本発明において、以下の特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。前記課題を解決するための本発明に係る水中探知装置は、船体から水中の所定の方向に超音波ビームを送信する送信部と、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデ一夕を所定の三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする。

ここで、「送信部」及び「受信部」は、それぞれが送信又は受信の機能を有する別体の装置のみでなく、送信及び受信のいずれの機能も有する一体の装置をも含む。本発明に係る魚群の魚量情報の算出方法は、水中の所定の方向に超音波ビームを送信するステップと、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、前記受信ビームにより得られるデータを所定の三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有している。

これらによると、魚群内から反射した反射エコーについて形成された受信ビームから得られるデ一夕を三次元方向に積分を行い、かかる結果に基づいて魚群の魚量情報を算出する。従って、水平モードの走査画像及び垂直モードの走査画像の対応関係を把握することなく、確度が高い魚群の魚量情報を容易に把握することができる。また、このようにして算出された魚群の魚量情報は、かかる魚量情報の推測者に依存することもないので安定したデータが得られる。

本発明に係る水中探知装置において、前記受信部が、所定の二次元方向に受信ビームを形成可能であってもよい。このとき、前記信号処理部による前記データの積分が、前記二次元方向と前記二次元方向に交差する所定の一次元方向との三次元方向に行なわれる。

本発明に係る魚群の魚量情報の算出方法は、水中の所定の二次元方向に超音波のビームを送信するステップと、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、前記受信ビームにより得られるデ一夕を前記二次元方向と前記二次元方向に交差する所定の一次元方向とに積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有している。

これらによると、所定の二次元方向とこの二次元方向に交差する一次元方向とに積分することによって魚群の魚量情報を把握することができる。従って、超音波は所定の二次元方向に送受信できればよいので、水中探知装置の構成を簡易な構成にすると共に高い確度で魚群の魚量情報を把握することができる

本発明に係る水中探知装置 ίこレて、 HIJ記所定の二次元方向が、船体の刖方水平方向に延びる第 1軸と前記船体から刖 sd第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面上の第 1 水平軸と s己

1 水平軸に対して第 1 面上で直交する第 2水平軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 3 面上の下方軸と、を含む面に略沿方向であつてもよい。このとさ前記所定の一次元方向が、前記船体の行方向であることが好ましい

この構成によると上記二次元方向に受信ビームを形成しつつ船体を走行させることによつて受信ビームにより得られるデータを容易に三次元方向に積分することがでさるとくに次元方向が船体の進行方向なので、船体をいずれかの方向に走行させるのみでよい。なお、確度が高い結果を得る観点から船体を蛇行させずに直進させることが好ましい。

本発明に係る水中探知装置におレ^て記第 1 水平軸が、前記第 2軸及び前記第 2軸に対して交差する軸のうちいずれかであってもよい。このとき、前記下方軸力 S HU記第 3軸刖記第 3軸に対して交差する軸のうちいずれかであることが好ましい即ち、第 1 水平軸と下方軸との組み合わせが、第 2軸と第 3軸との組み合わせ、第 2軸と第 3軸に対して交差する軸との組み合わせ、第 2軸に対して交差する軸と第 3軸との組み合わせ、第

2軸に対して交差する軸と第 3軸に対して交差する軸との組み合わせの 4 通りが該当する

これらによると、第 1 水平軸と下方軸との組み合わせが上記いずれの組み合わせであつても、円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理を適用または応用することによって、魚群の魚量情報を容易に算出することができる。本発明に係る水中探知装置において、前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面に対して交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向であってもよい。このとき、前記所定の一次元方向が、前記船体の進行方向であることが好ましい。

ここで、「船体の周りに形成される」とは、必ずしも船体の周囲全体に形成されるものに限られず、船体の周囲一部にのみ形成されるものも含む即ち、「傘型面」には、船体の全周囲に形成された面のみでなく扇形状の面も含む。

この構成によると、船体の回りに形成される傘型面に略沿う方向に受信ビームを形成しつつ船体を走行させることによって、受信ビームにより得られるデータを容易に三次元方向に个分することができる。とくに、一次元方向が船体の進行方向なので、船体をいずれかの方向に走行させるのみでよい。なお、確度が高い結果を得る顴占力、ら船体を蛇行させずに苗させることが好ましい。

本発明に係る水中探知装置において、刖記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸に対して前記船体から水平方向に直交する方向に延びる第 2軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 2面に略沿う方向であってもよい。このと含、前記所定の一次元方向が、刖記船体から鉛直下方に延びる第 3軸を略中心として前記第 2 面を回転させる方向であるとが好ましい。この構成によると、船体から鉛直下方に延びる仮想の鉛直軸を含む仮想の鉛直断面に略沿う方向に受信ビ一ムを形成しつつ、かかる受信ビームを形成する方位を順次変更するとによって、受信ビームにより得られるデ一夕を三次元方向に積分するしとができる船体を走行させることなく受信ビームにより得られるデ一夕を三次元方向に積分でさる点において有効である。

本発明に係る水中探知装置において、前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面に対して交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向であってもよい。このとき、前記所定の一次元方向が、前記第 1 面と前記傘型面とが交差する角度を変化させる方向でめることが好ましい。

この構成によると、船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向に受信ビームを形成しつつ、第 1面に対して傘型面が交差する角度（即ち、第 1 面に対する波ビームの送受信方向の角度）を変えて受信ビームを形成することによつて、受信ビームによo C-り得られるデ一夕を三次元方向に積分することがでさる。この場合においても、船体を走行させることなく受信ビームにより得られるデータを三次元方向に積分できる点において有効でめる。

本発明に係る水中探知装置において、前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面上の第 1水平軸と、前記第

1 水平軸に対して第 1 面上で直交する第 2水平軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 3面上で前記'第 3軸に対して交差する下方軸とを含む面に略沿う方向であってもよい。このとき、前記所定の一次元方向が、、前記第 3軸と前記下方軸とが交差する角度を変化させる方向であることが好ましい

この構成によると、第 1 水平軸と、第 2水平軸と第 3軸とを含む第 3面上で第 3軸に対して交差する下方軸とを含む面に略沿う方向に受信ビームを形成しつつ第 3軸と下方軸とが交差する角度を変えて受信ビームを形成することによつて、受信ビームにより得られるデータを三次元方向に積分することができる。この場合においても、船体を走行させることなく受信ビームにより得られるデータを三次元方向に積分できる点において有効である

本発明に係る水中探知装置において刖 §άァ一夕が、送受信された超音波信号の拡散減衰及び吸収減衰を補正した入力換算響強度であることが好ましいしれにより、具体的な構成が実現できる図面の簡単な説明

図 1 は、スキヤニングソナ一の制御ブ口ック図である。

図 2は、垂直円筒座標系のモデル図である

図 3 は、トランスデューサと魚群 7と· の位置閧係を示す図である図 4は、 ( a ) 力 ( Θ Φ ) 方向に超音波ビ一ムを 2次元連 fee走査した場

□の座標系、（ b ) カ点夕ーゲットを 2次元連スキヤンしたのィメ一ジング結果を示す図である

図 5 は、超音波のビ一ムが y z 平面上を走した ¾ σ' おけるビームのテ —夕図である。

図 6は、船体の進行を不レたモデル図である。

図 7は、上下斜め円筒座標系めモデル図である。

図 8は、卜ランスデューサと魚群との位置関係を示す図である。

図 9は、超音波のビームが仮想のスラン卜面上を走査した場 □ における受信ビ一ムのつ夕図である。

図 1 0 は、船体の進行を示したモデル図でめる。

図 1 1 は、魚群内の尾量を算出するための演算式を説明するための概念図である

図 1 2 は、左右斜め円筒座標系のモデル図である。

図 1 3 は、図 1 2 に図示される船体の進行を示す平面図である図 1 4は、上下左右斜め円筒座標系のモデル図である

図 1 5 は、図 1 4 に図示される船体の進行を示す平面図である図 1 6 は、傘型面水平移動座標系のモデル図である。

図 1 7 は、トランスデューサと魚群との位置関係を示す図である。

図 1 8 は、超音波のビームが仮想の傘型面上を一 π / 2 ≤ φ≤ π 2 〔 Γ a d〕の範囲内で走査した場合における受信ビームのつ夕図で、ある。図 1 9 は、船体の進行方向と超音波ビームの送信方向との関係を示したモデル図である。

図 2 0 は、船体が進行する様子を示したモデル図である

図 2 1 は、球座標系のモデル図である。

図 2 2 は、超音波のビームが鉛直平 8- 面 H 5上を走査しつつ走査面である鉛直平面 H 5が y軸を中心として反時計回りに回転するように、超音波ビ —ムの送信方位が変更されるモデル図である。

図 2 3 は、鉛直平面 H 5 に沿って送信された超音波ピームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場 □におけるデ

―夕図である。

図 2 4は、超音波のビームが船体の周囲に形成される傘型面 H 6上を走査しつつ、走査面である傘型面 H 6が x y平面に対する角度 Θ を変えるように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデル図である

図 2 5 は、傘型面 H 6 に沿って送信された超音波ビ一ムが魚群 F S 内から反射し、この反射ェコ一を受信ビームにより受信した場におけるデー夕図である。

図 2 6 は、超音波のビームがスラント面 H 7上を走査しつつ、走査面であるスラント面 H 7が y軸を中心として揺動するように、超波ビームの送信方位が変更されるモデル図である。発明を実施するための最良の形態

本発明では、魚群の魚量情報を推定するためのアルゴリズムが構築された水中探知装置を提案する。本発明における水中探知装置は、円筒座標系を用いた算出原理及び球座標系を用いた算出原理のうちいずれかの原理に基づいて魚群 F S の魚量情報を推定することができる。とくに、魚群 F S をなす単体魚の後方散乱強度 T s が分かれば、魚群 F S 内の尾量 Nをも推定することができる。

なお、「単体魚の後方散乱強度 T s 」とは、単体魚に向けて超音波信号を送信したとき、この単体魚からの反射エコーから得られる指標であり、魚体長のおおよそ 2乗に比例することが明らかとなっている。

また、、本本発発明明ににおける「魚群 F S の魚量情報」とは、夕一ゲッ卜である魚群 F SS内内のの尾尾量量 Nの概数及びこの尾量 Nとこの魚群 F S をなす単体魚の後方散乱乱強強度度 TT ss とを乗じた値（ N X T s ) を意味し、これらのうちいずれか一方及び両方を含む概念である。即ち、本発明に係る水中探知装置は、魚群 F S内の尾量 Nのみを算出可能なもの、魚群 F S 内の（N X T s ) のみを算出可能なもの並びに N及び（N X T s ) のいずれも算出可能なもののうちいずれであつても良い。

以下、円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理及びこれを利用した実施例を第 1 の実施形態として、球座標系を用いた魚量情報の算出原理及びこれを利用した実施例を第 2 の実施形態として各図を参照しつつ説明する。なお、各実施形態を説明する前提として、本発明の水中探知装置では、三次元方向に探査可能なスキャニングソナー（マルチビームソナ一）を用いている。また、スキャニングソナ一は、図 1 の制御プロック図に図示される構成を備えるものとする。

図 1 において、スキャニングソナ一 1 は、トランステュサ 2 と送信部

3 と受信部 4 と信号処理部 5 と表示部 6 とを有している。ランス丁ュ一送信部 3 は、

(以下、この超音波信号を「超音波ビーム」と称する）。受信部 4は、所定の二次元方向に受信ビームを形成し、魚群などの物標から反射した反射エコーを受信ビームにより受信する。信号処理部 5 は、受信ビームの信号を処理し、魚群の魚量情報を算出する。信号処理部 5 における処理については、第 1 の実施形態及び第 2 の実施形態において詳しく説明する。信号処理部 5で処理される信号としては、入力換算音響強度などが該当する。表示部 6 は、通常のソナ一のエコー画像を表示すると共に受信ビームの入力換算音響強度 P _M ²、及び信号処理部 5 で算出された魚群の魚量情報などを表示する。ここで、「所定の二次元方向に受信ビームを形成し」とは、一次元的に絞つた多数の受信ビームを二次元の多方位に向けて同時に形成する態様及び —つの受信ビームを二次元の多方位に向けて順次形成する態様のいずれであっても良い。

また、第 1 の実施形態及び第 2 の実施形態について説明する前提として、後述する船体 7 の底部に設けられたトランスデューサ 2 の位置を各座標系の原点 0、船体 7 の前方水平方向（即ち、走行中の船体 7 であれば船体 7 の進行方向）に延びる仮想軸を軸（第 1 軸）、船体 7から X軸に対して水平方向に直交する仮想軸を y軸（第 2軸）、原点 0から鉛直下方に向けて延びる仮想の鉛直軸を z 軸（第 3軸）とする。

さらに、 X軸と y軸とを含む仮想の平面を x y平面（第 1 面）、 X軸と z 軸とを含む仮想の平面を x z 平面（第 2面）及び y軸と z 軸とを含む仮想の平面を y z 平面と称する。また、超音波ビームの送信方向を r方向とする。ここで、 r方向は、 x y平面に対して角度 Θ を成すと共に x y平面への正射影が X軸に対して時計回りに角度 Φ を成す方向である。 (第 1 の実施形態)

円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理、及びこの原理を利用した第 1 〜第 5実施例の 5つの態様について、以下に説明する。なお、第 1 の実施形態において、船体 7 は X軸の正方向に進行する。円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理

円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理について、図 2及び図 3 を参照しつつ説明する。ここで、図 2 は垂直円筒座標系のモデル図、図 3 はトランスデューサ 2 (原点 O) と魚群 F S との位置関係を示す図である。

図 2 に図示されるように、トランスデューサ 2 から海水中に向けて送受された超音波のビームが魚群 F S 内から反射し、かかる反射エコーを受信ビームにより受信した場合について考える。なお、トランスデューサ 2 の形状は球形とする。即ち、これは、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ について、 r方向が X y平面に対して成す角度 Θ の依存性を考慮しないことを意味する。

図 2 において、超音波のビームは、 x y平面に対する角度（即ち、 y z 平面上における y軸に対する角度） Θ を変化させながら、海水中の深さ方向に向けて送信される。ここで'、角度 Θ の範囲は、 Ο ≤ 0≤ πΖ 2 [ r a d〕である。また、船体 7 は、 y z 平面上に超音波のビームを走査させつつ X軸の正方向に走行する。

図 3 に図示されるように、船体 7から送信される超音波ビームの位置座標を（ r ， 0 , x ) とすると、魚群 F Sの密度は n ( r , θ , χ ) で表される。このとき、魚群内の総尾量 Νは、以下の数 1 で表すことができる。なお、以下に説明する本実施例において、超音波ビームの位置座標に関し、 r方向 k番目を r ( k ), Θ 方向 i 番目を Θ ( i )， x方向 j 番目を x ( j ) と表示する。

〔数 1 〕

N = J n ( r ， θ , χ ) - r d r d θ d χ トランスデューサ 2から（ r , θ , X ) 方向に向けて送信された送信ビ —ムが魚群 F Sから反射した場合、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合に得られる入力換算音響強度 P _M ² は、信号処理部 5で演算処理される。以下に、信号処理部 5における入力換算音響強度 P_M ² の一連の処理について説明する。

入力換算音響強度 P _M ² ( r， θ , X ) は、 y z平面上における y軸に対するビーム角度 0， .r方向の距離 r及び X軸方向の距離 Xから、以下の数 2で表すことができる。

〔数 2〕 2(_Γί ø χ) - Ts- ' ⁰ (e²"")²- fn(r', θ ', x')-h(r', θ', x';r, θ, x)-r'-dr'd0'dx' なお、ここで、 P _D ²は送信信号強度、 a は吸収減衰係数、 hは点広がり関数である。

ここで、点広がり関数について、図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) を参照しつつ説明する。図 4 ( a ) は、 ( θ , φ ) 方向に超音波ビームを 2次元連続走查した場合の座標系を、図 4 ( b ) は、点ターゲットを 2次元連続スキヤンした場合のイメージング結果を表している。一つの超音波ビームの送受積指向性関数を b ( θ , φ ； θ " , φ " ) と表現する。これは、（ 0， φ ) 方向に送受信された超音波ビームの（ 0 ' ' , Φ " ) 方向の規格化された感度を表している。また、超音波ビームを 2次元連続スキャンを行うことは、超音波ビームの送受信方向（ 0 , Φ ) が異なる多数の超音波ビームで 3次元空間を探知することと等価である。 - 図 4 ( a ) において、パルス幅てを用いて点ターゲット（位置；（ r ' , Θ ' , φ ')、反射率 1 ) を探知し、（， Φ ) 方向の超音波ビームで得られた規格化受波強度データ時系列 Ρ ² ( r , θ , φ ) を点（ r， θ , φ ) にプロットし、 3次元画像化する。その結果、超音波ビームは、図 4 ( b ) に図示されるようにビーム幅とパルス幅に応じた広がりを持つ。この広がりを点広がり関数と呼び、 h ( r ' , θ ' , ' ; r , θ , φ ) と表現する。なお、規格化受波強度とは、受波強度信号に Τ V G及び送信音圧を補正する（ r ⁴ Ρ (Γ² ( e ² α 0 ² を乗ずる）ことによって、ターゲットの反射強度に変換された量である。また、最大値を 1 で規格化した点ターゲットからの 3次元レスポンスと考えることもできる。

点広がり関数 h ( r ' , θ · , φ ' ； r ， θ , ) は、送受積指向性関数 b ( θ , φ ； θ " , Φ " ) と送信エンベロープ関数 R ( r ) とを用いて以下の数 3 のように表せる。なお、エンベロープ関数 R ( r ) は以下の数 4である。

〔数 3〕 h(r',タ； ';r, θ, φ) = R(r-r')-b(ff, ; θ ', φ ')

〔数 4〕

R(r) = 1 | · |≤ c r /4- = 0 |r I > c r /4 即ち、（ r '.， Θ ' , φ ' ) に存在する点ターゲットの広がりは、距離 r方向にはパルス幅で広がり、 r 及び仮想の鉛直面の方向には、 b ( θ , φ θ ' , φ ' ) で広がる。

点広がり関数を体積積分すると、 c τノ 2 X r ² X Ψ となる。 Ψ は等価ビーム幅とよばれ、 b ( θ , φ ； θ ' , φ ' ) の二次元関数で定義される。円筒座標系を用いた場合の点広がり関数の体積積分値も同じ値となると考えて良い。

そして、マルチビ一ムソナ一で、体積要素毎に求めた入力換算音響強度 P _S1 ² を r， θ , X方向に連続的に取得して積分する。ここで、数 2 に T 'V G (Time Varied Gain) 及び体積要素 r d r d 0 d x を乗じて、 r ， Θ , χ方向に積分することによって以下の数 5が導かれる。なお、数 2 に Τ V Gを乗ずるのは、超音波の拡散減衰及び吸収減衰を補正するためである。超音波は、トランスデューサ 2から魚群 F S までの距離の 2乗に比例して減衰する（ r ²：拡散減衰）と共に、海水の粘性によっても減衰する（ e ^{2 a r} ：吸収減衰）からである。

〔数 5〕

4-

ここで、数 5 中の []内の積分は、以下の数 6 のように展開できる

〔数 6〕 rh(r', θ', χ', r, Θ, x)

J -drd0dx.

h(r', θ', χ', r, 0, χ)

·Γ -drdSdx

-fh(r', θ', x', r, Θ, x) -r -drdffdx

2

2 ただし、 rが c τ / 2 よりも十分に大きいと仮定する。なお、 c は音速、てはパルス幅、 Ψ は等価ビーム幅を示している。数 5 に、数 6及び数 1 を代入すると、以下の数 7が導かれる。

〔数 Ί〕 fP Cr, x)'r²'(e^2ctry-r-drd&dx r'-drd&'dx'

= Ts- P/' Jn(r'_t 0 x ^,-dr^,de^,dx' 数 1を代入し、

= Ts' 尸/' Φ-Ν

⁰ 2 数 7を変形すると、以下の数 8が導かれる。

〔数 8〕

N' Ts = ' -——

P - φ I P (r, Θ， x) 'r ³'(e ^{2 2}-drd0dx

cr 実際のマルチビームソナ一の受信信号は、超音波のビームが y z 平面上を走査しつつ、船体 7が X軸方向に走行した場合のデータが得られる。ここで、 y z 平面上を走査するビームピッチを △ 0、 X軸方向の送信間隔を △ x、 r方向のビームピッチを Δ Γ とし、 0 方向 i番目、 X軸方向 j 番目、 r方向 k番目の超音波ビームの出力を P_Mi,j,_kとすると、上記数 8は、以下の数 9で表される。 ―

〔数 9〕

N-Ts ： P u, - (ΚΛΓ) 3 - (e り 2

. 数 9より、円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて、魚群 F Sをなす単体魚の後方散乱強度 T s とかかる魚群 F S内の尾量 Nとの積が導かれる。また、魚群 F s をなす単体魚の後方散乱強度 T sが分かれば、魚群 F S内の尾量 Nが導かれる。このようにして、魚群 F S内の尾量 Nの概数が把握できる。

なお、上記算出原理の説明において、トランスデューサ 2の形状が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ について、 r方向が X y平面に対して成す角度 0 の依存性を考慮する必要がある。従って、数 2 はこれに代えて数 1 0で、数 5 はこれに代えて数 1 1 で、数 6 はこれに代えて数 1 2で、数 7はこれに代えて数 1 3で、数 8 はこれに代えて数 1 4で、数 9 はこれに代えて数 1 5で、それぞれ、表される。ただし、送信信号強度を P （ 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。これは、送信信号強度 P 0²及び等価ビーム幅 Ψ が、 X y平面に対する各ビームの角度 Θ に依存することを意味する。

〔数 1 0〕

Ρ_Μ2(_Γ, θ, X) = Ts- ^Ρ°^(θ ₄ ⁾ (e-²"')²- fn(r, 0 x)-h(r', β', x;r, Θ, x)-r dr'd0W

〔数 1 1〕

= f Ts-r⁴ (e . fn(r θ', x') . ^h(^r' ^θ'· ^x^' ' ^ff'^x) -r^s-(^y-drdedx -r'-drWdx'

〔数 1 2〕 rh(r; Θ',Χ',Γ, θ,χ)

f ~~ Τ^ΤΤ) ^drd0dx

h(r', θ', χ, r, θ, χ) _jnj

τ -drdffdx

Γ'·≠(Θ)

― Jh(r', θ', χ', r, θ, χ) -r -drdedx

≠(0')■ 7- r'² -~ -≠(0')=-

≠(0')■ 2

〔数 1 3〕 Γ^Ρ«^&' ^Θ'^Χ T^!-(e^2ar)²-r-drd0dx

J Ρ₀ ²(θ )■≠(0)

r . , . f r h(r', θ', x',r, Θ, x) . Ί , -

= Ts- ln(r, Θ； x'). J --— drdddx - r 'drc dx

-' し" r- ζθ) J

= Ts- fn(r'_r θ',χ')·——- -r'-dr'dff 'dx' 数 1を代入し、

= Ts- —― ' N

〔数 1 4〕

〔数 1 5〕

^N-^Ts=~ -^ArA"^Ax ∑∑∑ . (一)、 . ( 第 1 実施例

第 1 実施例は、垂直円筒座標系における魚量情報の出方法についての実施例である。従って、円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理をそのまま適用することができる。円筒座標系を用いた魚量情報算出原理を利用した第 1実施例について、図 2 、図 5及び図 6 を参照しつ説明する。図 5 は、超音波のビームが、 y z 平面上を 0≤ Θ ≤ κ/ 2 C r a d〕の範囲内で走査した場合における受信ビームのデー夕図である図 5 に図示されるデ一夕は、受信ビームの入力換算音響強度 P Μ² を示しており、受信ビームの入力換算音響強度 P _M ² が大さいほど図 5 に図示される濃度が大きくなる。図 6 は、船体 7 の進行を示したモデル図である'。 ,よ卜ランスデューサ

2 の形状は球形とする。

図 2 において、船体 7 は、 y z 平面上に /^ロ音波のビ一ムを走查させつつ

X軸の正方向に向けて走行している。この j 合における "、群 F Sの魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。

先ず、マルチビームソナ一 1 による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k ), Θ ( i )， x ( j ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔m〕、 0 方向の測定範囲は O S TT Z S 〔 r a d〕、 x軸方向の測定範囲は 0≤ X≤船体 7の走行距離〔 m〕である。

y z 平面に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² は、図 5 に図示される濃淡で表示されたデータとして表示部 6 に表示される。

次に、かかる受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元ェコ一積分する。ここで、トランスデュ一サ 2が球形なので、 y z平面上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 1 6で表される。

〔数 1 6〕

Sj = ∑∑ P_M ^! _Mk - (kAr) ³ - (e ^"^kAr) ² 0=1, ...... )(k=1, ...... )

'' ん '' .

P _Mi.』，_k ²は各体積要素（ r， θ , χ ) 毎の入力換算音響強度、 Ρ。²は送信信号強度を示

している。

そして、船体 7 の進行方向について、送信ビームの送信間隔（受信ビームの受信間隔）を算出する。' ここで、送信ビームの送信間隔は、図 6 に図示される距離 Δ χ ( j ) であり、'以下の数 1 7で表される。

〔数 1 7〕 '

AXj = 1852■ (J=1，一—.）

数 1 7 中の係数 1 8 5 2 は、マイル（N. M. ) からメートルへの単位の変換係数である。また、 L a t jは、各 j のときの船体の緯度（分）、 L o n g jは、各 j のときの船体の経度（分）である。

そして、得られた y z 平面上の二次元エコー積分値 S』を船体の進行方向に体積積分する。このとき、数 9 を適用すると、以下の数 1 8 が導かれる。

〔数 1 8〕

従って魚、体の Τ s が分かれば、魚群 F S 内の尾量 Nの概数を出することがでさるなお算出された魚群 F S 内の尾量 Nの概数は表示部 6 に表示される

なお、本実施例において、 X y平面に対する超音波ピームの角 1ス Θ を、

0 ≤ Θ≤ π / 2 〔 r a d〕の範囲で変化させながら超音波のビ ―ムを送受信しているが、角度 θ の範囲はこれに限られるものではなく 0 < Θ ≤ κ

C r a d の範囲内であれば、任意の範囲で変化させるものであつてもよい。ただし卜ランスデューサ 2 の形状が円筒形、 θ = π / 2 C r a d〕の^位に波ピームを送受信できないので.、 0 ≤ θ < π / 2 C r a d〕及び 0 < Θ ≤ π L r a d〕の範囲内で、任意に変化させることとなるまた、本実施例において、 X y平面に対する角度 Θ を変化させながら超音波のビームが送受信されることを前提として魚群 F S の刍情報を算出しているがこれに限られるものではない。例えば、 X z平面に対する角度

( y z平面上における Z軸に対する角度）を変化させるとを前提として算出してもよい。

また、本実施例において、ソナー装置としてスキャングソナー 1 を用いているが、これに限られるものではなく y z 平面上に沿つた方向（船体 7 の鉛直下方から両舷方向）に幅広く連続的に探でさる水底探査ソナ —で-あっても良い。水底探査ソナ一は、例えば、特開 2 0 0 1一 9 9 9 1 4号公報で開示されたものが該当する。なお、水底探査ソナーを用いた場合、 y z平面上における y軸に対する各ビームの角度 Θ の範囲は固定ではなく、例えば、 z軸に対して両側に 7Γ / 4 〔 r a d〕ずつ（ π Z 2 〔 r a d〕）、 z軸に対して両側に πΖ 3 〔 r a d〕ずつ（ 2 ττΖ 3 〔 r a d〕）のように設定が可能である。また、トランスデューサとしては平面一次元振動子アレイ（短冊状振動子を並べたもの）や、湾曲一次元アレイ（平面一次元振動子アレイを振動子配列方向に湾曲させたもの）等が用いられる。また、本実施例において、トランスデューサ 2が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、数 1 6はこれに代えて数 1 9で、数 1 8はこれに代えて数 2 0で、それぞれ、表される。ただし、数送信信号強度を P （ 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。

〔数 1 9〕

^Sj=W^PM.^Uk'^(kAr)3'^(e ) Ρ。(θ ·φ(θ) (i=i，·..... )(k=1....... )

〔数 2 0〕

2

οτ j ^J (j=1，一... ) 第 2実施例

第 2実施例は、上下斜め円筒座標系における魚量情報の算出方法についての実施例である。従って、円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理をそのまま適用することはできず、修正が必要である。なお、トランスデューサ 2の形状は球形とする。円筒座標系を用いた魚量情報算出原理を利用した第 2実施例について、図 7〜図 1 1 を参照しつつ説明する。

図 7は、上下斜め円筒座標系のモデル図である。図 7において、船体 7 は、スラント面 H 1 上に超音波のビームを走査させつつ X軸の正方向に向けて走行している。以下に、上下斜め円筒座標系において魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。なお、「スラント面 H 1 」とは、 y軸と z 軸に対して X軸の正方向に向けて所定の角度 qで交差する X z 平面上の w軸（下方軸）とを含む仮想の平面をいう。

超音波のビームは、スラント面 H I 上における y軸に対する角度 0 , を変化させながら、海水中の深さ方向に向けて送信される。なお、角度 qは、 — π / 2 ≤ <ι≤ π / 2 〔 r a d〕の範囲内で設定され、角度 0 , は、 0 ≤ θ ≤ κ [ r a d ) の範囲内で変化する角度である。

図 8 において、魚群 F Sの密度を n ( r , θ ,, χ ) とすると、魚群内の総尾量 Νは、以下の数 2 1 で表すことができる。なお、図 8 はトランスデユーサ（原点 Ο) と魚群 F S との位置関係を示す図である。

〔数 2 1〕

Ν ― cos q トランスデューサ 2 から（ r ; θ ,, X ) 方向に向けて送信された送信ビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合に得られる入力換算音響強度 P M² は、信号処理部 5 で演算処理される。以下に、信号処理部 5 における入力換算音響強度 Pの一連の処理について説明する。

入力換算音響強度 P _M ² ( r , θ ,, X ) は、スラント面 H I 上における y 軸に対するビーム角度 0 い r方向の距離 r 及び X軸方向の距離 Xから、以下の数 2 2で表すことができる。なお、 · P は送信信号強度、 α は吸収減衰係数、 hは広がり関数である。

〔数 2 2〕 P (r, θ,,χ) = Ts■ (e -^!ar) ^!■ oosq f n(r', Θ, '， x')-h(r', Θ, '， x';r, Θ , , x)-r'-dr'd0 ,'dx' そして、マルチビームソナ一で、体積要素毎に求めた入力換算音響強度

P_M ² を、 Γ, θ ,, X方向に連続的に取得して積分する。ここで、数 2 2 に T V G (Time Varied Gain) 及び体積要素を乗ずると、以下の数 2 3が導かれる。

〔数 2 3〕

cos q fp (r, θ,, x)- r ²- (e り ² ' r- drdff, dx

― cos Q -cos q Vs, - - (e'²")²- fn(r', 0,', x')-h(r', x';r, x)-r'-dr'de, 'dx'-r^C^y-drdff, dx

= cosq- Ts-P/- fn(r', 0,', x')- ' · ' cosa-drdff , x^- r'-dr'dff,dx' ここで、数 2 3中の []内の積分は、以下の数 2 4のように展開できる。

〔数 2 4〕 p h(r', 0j,x;r, 0 x) . _cosq補 '_dx = cosp严 ._r._drd0idx = f h&; Θ x';r， θ" X)· r ' drc 'dx = - f h(r,' Θ;, x';r, £>,, x)- r ' drd&,dx - .ゆただし、 rが c てノ 2よりも十分に大きいと仮定する。な、 cは音速、 τ はパルス幅、 Ψ は等価ビーム幅を示している。数 2 3 に、数 2 4及び数 2 1 を代入すると、以下の数 2 5が導かれる。

〔数 2 5〕 7 (r, Θ" x - Γ²· (e ^2ar) ² . r- cos q- drdS, dx = Ts-P₀ ^l-(cosq) ■ r'-dr'dff dx

= Ts-P₀ ²-(cosg) fn(r', Θ ;， x')- ■≠ · r- r'dff dx'

数 1を代入し、

= Ts' Ρ₀ ^!· -^— -≠-N 数 2 5 を変形すると、以下の数 2 6 が導かれる。

c数 2 6〕

N-Ts =■ -' ~ - ~ f ° (r^ θ,, χ)τ ³-(e ^2ar) ²-cosqdrdff, dx

cr Ρ₀ ^!·≠ 際のマルチビームソナ一の受信信号は、船体 7が X軸正方向に走行しながら、スラント面 H I 上を走査したデータが得られる。ここで、スラン卜面 H 1 上におけるビームピッチを Θい X軸方向の送信間隔を Δ X 、 r 方向のビ —ムピッチを Δ Γ とし、 0 ,方向 i 番目、 X軸方向 j 番目、 r方向 k番の超音波ビームの出力を P _Mi. j. _kとすると、上記数 2 6 は、以下の数 2 7で表される。 ·

C数 2 7〕

N-Ts ¾ ' ( Δ_Γ . ( _AXj

このように、上下斜め円筒座標系における魚群 F S の魚量情報の算出原理は、上述の円筒座標系を用いた魚量の算出原理を応用したものである。第 2実施例においては、先ず、マルチビームソナー 1 による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k )， 0 , ( i ), x ( j ) で表すこととする。なお、 0 , 方向の測定範囲は 0 ≤ 0 ,≤ π 〔 r a d〕、 x軸方向の測定範囲は 0 ≤ x≤船体 7 の走行距離〔 m〕、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔 m〕である。

ここで、仮想のスラント面 H 1 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F Sから反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P M² は、図 9 に図示されるように濃淡で表されたデータが表示部 6 に表示される。ここで、図 9 は、超音波のビームが、スラント面 H I 上を Ο ≤ 0 ,≤ π 〔 r a d〕の範囲内で走査した場合における受信ビームのデータ図である。

次に、仮想のスラント面 H 1 に沿って送信された超音波ビームの受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元エコー積分する。ここで、トランスデューサ 2 が球形なので、スラント面 H 1 上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 2 8で表される。

〔数 2 8〕

Sj = ∑T Pj_m - (kAr) ¹ ' (e 2 (i=1, ...... )(k=1....... ) 第 1実施例における説明同様、 P _Mi. j. _k ²は各体積要素（ r , θ , , X ) 毎の入力換算音響強度、 P _Q ²は送信信号強度を示している。

次に、送受信される超音波ビームの送受信間隔を算出する。ここで、船体 7 からの超音波ビームの送受信間隔 A X j は、図 1 0 に図示される距離または図 1 1 に図示される各 j 間の間隔であり、以下の数 2 9 で表される。こで、図 9 は、受信ビームの入力換算音響強度 P _M ² を示しており、受信ビ一ムの入力換算音響強度 P _M ² が大きいほど図 9 に図示される濃度が大き

<なる。また、図 1 0 は、船体 7 の進行を示したモデル図である。さらに、図 1 1 は、魚群内の尾量を算出するための演算式を説明するための概念図である o

〔数 2 9〕 AXj = cos η - 1852 - (Latj—し at^) ²+((Longj— Long^) ' cos(Latj))² (j=1 第 1 実施例における説明同様、数 2 9 中の係数 1 8 5 2 は、マイル（ N. M. ) からメ一トルへの単位の変換係数である。また、 L a t jは、各 j のときの船体の緯度（分）、 L o n g jは、各 j のときの船体の経度（分）である。

そして、得られたスラント面 H I 上の二次元エコー積分値 S j を船体の進行方向に体積積分する。このとき、数 2 7 を応用適用すると、以下の数 3 0 が導かれる。

〔数 3 0〕

2 Δ Θ ,-Ar

N'Ts -- ∑ ,

cr Ρ_ΰ ²-Φ (j=1, ) 従って、魚体の T S が分かれば魚群 F S 内の尾量 Nの概数を算出するとができる。なお、第 1 の原理同様、算出された魚群 F S内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

/よお、本実施例において、スラント面 H 1 上における y軸に対する角度

Θ i を、 0 ≤ 0 ,≤ 7Γ 〔 r a d〕の範囲で変化させながら超音波のビームを送受信しているが、角度 0 , の範囲はこれに限られるものではなく、 0 ≤ θ ≤ τζ / 2 〔 r a d〕の範囲で変化させるものであってもよい。即ち、 Q ≤ θ _λ≤ τζ [ r a d〕の範囲内において任意の範囲で変化させるものであればよい。

また、本実施例において、スラント面 H I 上における y軸に対する角度 0 , を変化させながら超音波のビームが送受信されることを前提として魚群 F Sの魚量情報を算出しているがこれに限られるものではない。例えば、スラント面上 H 1 における w軸に対する角度を変化させることを前提として算出してもよい。また、本実施例において、トランスデューサ 2 が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、数 2 2 はこれに代えて数 3 1 で、数 2 3 はこれに代えて数 3 2 で、数 2 4 はこれに代えて数 3 3 で、数 2 5はこれに代えて数 3 4で、数 2 6 はこれに代えて数 3 5で、数 2 7 はこれに代えて数 3 6で、数 2 8 はこれに代えて数 3 7 で、数 3 0 はこれに代えて数 3 8で、それぞれ、表される。ただし、送信信号強度を P o² ( 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。これは、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ が、 y面に対する各ビームの角度 Θ に依存することを意味する。

〔数 3 1 〕

Ρ_ΜΗΓ, Θ,, Χ) =TS - ' °^(σ (e -²" ² ' cos a fn(r', Θ, x')-h(r', 0,； x';r, x)T'-dr'dB ,'dx'

〔数 3 2〕 nP (r, ff,, x)

, f_{Pi(9 ≠} -ー , _dx

=cos Q -cos q Jf_s,上 (e ²- ( _{drd dx}

( ' タ ' x ' * e

fn(r', 0；, x')- J ~~ ' '' .(' )' " ~ oosq-drdff,dxV τ'-drde 'dx'

〔数 3 3—〕 Γ h(r', θ ', x';r, ff,, x) , .„

J '- ~· ¹ '- ■ cosa-drdff dx

'Φ(Θ)

COSQ

■≠(θ) cosq rh(r', Θ ,', x'.r, β x)

J - r

^Γ (θ) - drdff,

-^ξγ- f h(r', β;, x';r, θ" Χ)· r - drd0,dx

〔数 3 4〕 rJl '- -(e ^2ar) ²■ r- cos ' rdff.dx

^J P₀ ²( 0)■≠(0) , , ( _rh(r'， ff;, x':r, x)

= Ts-(cosq)

xj- <J , 、 cosq-drde,

= Ts-(cosq) Jn(r', Θ , x')- 丁 ' r'- dr'd&,'dx'

数 1を代入し、

■ Ts- —― ■ N

〔数 3 5〕

N-Ts -fP (r. Θ " ( -ooscdrd^dx

〔数 3 6〕

〔数 3 7〕

' 〔数 3 8〕

第 3実施例

第 3実施例は、左右斜め円筒座標系における魚量情報の算出方法についての実施例である。この場合、第 2実施例と同様に、上述の円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理を応用することができる。なお、トランスデューサ 2 の形状は球形とする。円筒座標系を用いた魚量情報算出原理を利用した第 3実施例について、以下に、図 1 2及び図 1 3 を参照しつつ説明する。

図 1 2 は左右斜め円筒座標系のモデル図、図 1 3 は図 1 2 に図示される船体 7 の進行を示す平面図である。図 1 2 において、船体 7 は、斜め垂直面 H 2上に超音波のビームを走查させつつ X軸の正方向に向けて走行している。この塲合における魚群 F S の魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。なお、「斜め垂直面 H 2」とは、 X軸に対して水平方向且つ時計回りに所定の角度 Φ で交差する仮想の s 軸と z軸とを含む仮想の平面をいう。即ち、 s 軸は、 y軸に対して水平方向且つ時計周りに角度（ Φ— π / 2 ) 〔 r a d〕で交差する x y平面上の仮想軸である。

超音波のビ一ムは、斜め垂直面 H 2 上における s 軸に対する角度 0₂ を変化させながら、海水中の深さ方向に向けて送信される。なお、角度 0₂ は、 Ο≤ 0₂≤ π 〔 r a d〕の範囲内で変化する角度である。

超音波のビームが斜め垂直面 H 2上を走査して受信ビームの入力換算音響強度 P _M ² が得られた場合、上述の円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理を応用することができる。以下に、左右斜め円筒座標系において魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。

先ず、マルチビームソナー 1 による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k )， θ ₂ ( i ), x ( j ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔m〕、 0₂ 方向の測定範囲は 0 ≤ 0₂≤ π 〔 r a d〕、 x軸方向の測定範囲は 0 ≤ x≤船体 7 の走行距離〔 m〕である。

ここで、斜め垂直面 H 2 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² は、第 1 実施例で説明した図 5 または第 2実施例で説明した図 9 のように濃淡で表示されたデータとして表示部 6 に表示される（本実施例においては図示を省略する）。

次に、仮想の斜め垂直面 H 2 に沿って送信された超音波ビームの受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元エコー積分する。ここで、トランスデューサ 2が球形なので、斜め垂直面 H 2上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 3 9 で表される。

〔数 3 9〕

S, = > > P _i/k - (kAr)³■ (e^2a )¹ ...... )(k=1 ,.·.... )

k "' 第 1 実施例及び第 2実施例同様、 P _Mi. _{L k} ²は各体積要素（ r , Θ _{2 )} X ) 毎の入力換算音響強度、 P は送信信号強度を示している。

次に、送受信される超音波ピ'ームの送受信間隔を算出する。ここで、船体 7からの超音波ビームの送受信間隔 Δ χ〗は、 A X j= A x c o s ( Φ -

/ 2 ) である（図 1 3参照）。なお Δ Xは、船体の速度 V、送信ビームの送信周期を A t としたとき、 Δ χ = ν Χ Δ ΐ で表される。

なお、 △ X j の算出方法は複数存在し、以下の数 4 0 のように、 X方向の各 j 毎に送信間距離を緯度及び経度から算出することもできる。

C数 4 0〕

数 4 0 中の係数 1 8 5 2 は、マイル（N. M. ) からメートルへの単位の変換係数、 L a t 〗は各： j のときの船体の緯度（分）、 L o n g〗は各 j のときの船体の経度（分）である。

そして、得られた斜め垂直面 H 2 上の二次元エコー積分値 S j を船体の進行方向に体積積分する。このとき、数 9 を応用すると、以下の数 4 1 が導かれる。

〔数 4 1 〕

2 Δ Θ₂-Δι

N'Ts

—Ρ₀ ²· — 2 J

従って、魚体の T s が分かれば、魚群 F S内の尾量 Nの概数を算出することができる。

なお、算出された魚群 F S内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。なお、本実施例において、斜め垂直面 H 2上における s 軸に対する角度 0 ₂ を、 0 ≤ 0 ₂≤ π 〔 r a d〕の範囲で変化させながら超音波のビームを送受信しているが、角度 0 の範囲はこれに限られるものではなく、 0

≤ θ ₂≤ π 〔 r a d〕の範囲内において任意の範囲で変化させるものであつてちょい。

また、本実施例において、斜め垂直面 H 2上における s 軸に対する角度

Θ ₂ を変化させながら超音波のビームが送受信されることを前提として魚群 F Sの魚量情報を算出しているがこれに限られるものではない。例えば、 z軸に対する斜め垂直面 H 2上の角度を変化させることを前提として算出してもよい。

また、本実施例において、 s 軸は、 y軸に対して時計回りに交差するものに限られず、反時計回りに交差するものであっても良い。この場合、 y 軸に対する時計回りの角度（ Φ - π / 2 ) 〔 r a d〕は、（ Φ— κ / 2 ) <

0 となる。

また、本実施例において、トランスデューサ 2が球形の場合について説

3.0 明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、数 3 9 はこれに代えて数 4 2 で、数 4 1 はこれに代えて数 4 3で、それぞれ、表される。ただし、数送信信号強度を P _Q ² ( 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。これは、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ が、 x y面に対する角度 Θ に依存することを意味する。

〔数 4 2〕

Sj =∑∑/ ,_ai ' (kAr) ³ · (e ^ (i=1 ―. )(k=1 , ...... )

/ k

〔数 4 3〕

w' ' '

第 4実施例

第 4実施例は、上下左右斜め円筒座標系における魚量情報の算出方法についての実施例である。この場合、第 2及び第 3実施例と同様に、上述の円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理を応用することができる。なお、トランスデューサ 2 の形状は球形とする。円筒座標系を用いた魚量情報算出原理を利用した第 4実施例について、以下に、図 1 4及び図 1 5 を参照しつつ説明する。

図 1 4は上下左右斜め円筒座標系のモデル図、図 1 5 は図 1 4 に図示される船体 7 の進行を示す平面図である。図 1 4 において、船体 7 は、斜めスラント面 Η 3上に超音波のビームを走査させつつ X軸の正方向に向けて走行している。この場合における魚群 F S の魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。なお、「斜めスラント面 Η 3」とは、 X軸に対して水平方向且つ時計回りに所定の角度 Φ で交差する仮想の s 軸と、 s 軸に対

3.1 して x y平面上で直交する軸（図示せず）と z 軸とを含む仮想の平面（第 3 面）上において X軸に対して所定の角度 Qで交差する w ' 軸（下方軸）とを含む仮想の平面をいう。なお、第 3実施例で説明した通り、 s 軸は、 y軸に対して水平方向且つ時計周りに角度（ φ— π/ 2 ) C r a d〕で交差する x y平面'上の仮想軸である。

超音波のビームは、斜めスラント面 H 3上における s 軸に対する角度 0₃ を変化させながら、海水中の深さ方向に向けて送信される。なお、角度 0₃ は、 Ο≤ 0₃≤ π 〔 r a d〕の範囲内で変化する角度である。

超音波のビームが斜めスラント面 H 3上を走査して受信ビームの入力換算音響強度 P が得られた場合、上述の円筒座標系を用いた魚量情報の算出原理を応用することができる。以下に、上下左右斜め円筒座標系において魚量情報を算出するアルゴリズムについて説明する。

先ず、マルチビームソナー 1 による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k ), 03 ( i ), x ( J ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔m〕、 0₃方向の測定範'囲は 0≤ 0₃≤ π 〔 r a d〕、 x軸方向の測定範囲は 0≤ X≤船体 7 の走行距離〔m〕である。

ここで、斜めスラント面 H 3 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S 内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² は、第 1実施例で説明した図 5 または第 2実施例で説明した図 9 のように濃淡で表示されたデータとして表示部 6 に表示される（本実施例においては図示を省略する）。

次に、仮想の斜めスラント面 H 3 に沿って送信された超音波ビームの受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元エコー積分する。ここで、トランスデューサ 2が球形なので、斜め垂直面 H 2 上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 4 4で表される。〔数 4 4〕

S, = ∑∑ P_M ² _llk ' (kAr) ³ ' (e^^ ² 0=1-―— Kk=1, ...... )

i k "' 第 1 〜第 3実施例同様、 P _Mi. j. _k ²は各体積要素（ r , Θ _3> X ) 毎の入力換算音響強度、 P _Q ²は送信信号強度を示している。

次に、送受信される超音波ビームの送受信間隔を算出する。ここで、船体 7 からの超音波ビームの送受信間隔 Δ χ ^は、 A X j= A x c o s ( φ - π / 2 ) である（図 1 5 参照）。なお 3· 3 Δ X は、船体の速度 V、送信ビームの送信周期を Δ t としたとき、 Δ X = V X Δ t で表される。

なお、 A X j の算出方法は複数存在し、以下の数 4 5 のように、 X方向の各 j 毎に送信間距離を緯度及び経度から算出することもできる。

〔数 4 5〕

数 4 5 中の係数 1 8 5 2 は、マイル（N. M. ) からメートルへの単位の変換係数、 L a t j は各 j のときの船体の緯度（分）、 L o n g j は各 j のときの船体の経度（分）である。

そして、得られた斜めスラント面 H 3上の二次元エコー積分値 S j を船体の進行方向に体積積分する。このとき、数 9 を応用すると、以下の数 4 6が導かれる。

'〔数 4 6〕、タ一 τ^) 'COSQ 一

N-Ts =— ' ~ -—— _ρ) , ²> '∑ Sj.A._Xj οτ P₀ ²-≠ J 従って、魚体の T s が分かれば、魚群 F S 内の尾量 Nの概数を算出することができる。なお、算出された魚群 F S 内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

なお、本実施例において斜めスラン卜面 H 3 上における S 軸に対する角度 0 ₃を、 0 ≤ S ₃≤ 7T 〔 r a d の範囲で変化させながら音波のビームを送受信.しているが、角度 θ 3 の範囲はれに限られるものではなく、 0 ≤ θ 3≤ π 〔 r a d〕の範囲内において任の範囲で変化させるものであてもよい。

また、本実施例において斜めスラン卜面 H 3上における s 軸に対する角度 0 ₃ を変化させながら音波のビ一ムが送受信されるとを前提として魚群 F Sの魚量情報を算出しているがこれに限られるものではない、例えば、 W ' 軸に対する斜めスラン卜面 Η 3上の角度を変化させることを f iJ 提として算出しても良い。

また、本実施例において S 軸は y軸に対して時計回りに交差するものに限られず、反時計回りに交差するものであつても良い o の場合、 y 軸に対する時計回りの角度 ( Φ一 π 2 ) C I ■ a d は、（ Φ ― 7t / 2 ) < 0 となる。

また、本実施例に 4oいて、 hランスデュ―サ 2が球形の場合について 5¾ 明したが、これに限られず、円筒形であつても良 < 。この場合、数 4 4 はこれに代えて数 4 7 で、数 4 6 はこれに代えて数 4 8で、それぞれ、表される。

〔数 4 7〕

¾ =∑∑ ^pm, ' ( ' (一 . _Ρο(θ^_≠(θ)

(i=1 , ...... )(k=1 , ...... )

〔数 4 8〕 Ροίθ)²·ゆ（Θ)

第 5実施例

第 5実施例は、傘型面水平移動座標系における魚量情報の算出方法についての実施例である。この場合、第 2 〜第 4実施例と同様に、上述の円筒座標系を利用した魚量情報の算出原理を応用することができる。なお、トランスァュ一サ 2 の形状は球形とする。円筒座標系を用いた魚量情報出原理を利用した第 5実施例について、以下に、図 1 6 〜図 2 0 を参ハ m、、しつつ説明する。

図 1 6 は傘型面水平移動座標系のモデル図、図 1 7 は卜ランス丁ュ一サ 2 (原点 O ) と魚群 F S との位関係を示す図である

図 1 6 において、船体 7 は、船体 7 の周囲に形成される仮想の傘型面 H

4上に超音波のビームを走査させつつ X軸の正方向に向けて走行している。の場合における魚群 F S の魚情報を算出するルゴズムにて e兌明する。なお、「傘型面 H 4 J とは、角度 Θ を一定に保ちつつ角度 Φ を変化させることによって船体 7 の周囲に形成される仮想の面をいう。ここで、角度 0 は、 O ≤ 0 ≤ 7t / 2 〔 r a d〕の範囲内で設定される角度である。超音波のビームは、 x z 平面に対する時計回りの角度 φ を変化させながら、海水中の深さ方向に向けて送信される。なお、角度 Φ は、一 7t Z 2 ≤ φ≤ π / 2 〔 r a d〕の範囲内で変化する角度である。

図 1 7 において、魚群 F Sの密度を n ( r , φ , χ ) とすると、魚群内' の総尾量 Νは、以下の数 4 9 で表すことができる。

〔数 4 9〕

I n(r_f φ， χ)' οο3φ -r- cos θ ·εΙη θ 'drd≠dx トランスデューザから（ r , φ , χ ) 方向に向けて送信された送信ビームが魚群 F Sから反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームにより得られる入力換算音響強度 Ρ _Μ ² は、信号処理部 5 で演算処理される。以下に、信号処理部 5 における入力換算音響強度 Ρ _Μ ²の一連の処理について説明する。

入力換算音響強度 P _M ² ( _r ， φ , χ ) は、傘型面 Η 4上における χ ζ 平面に対する時計回りのビーム角度 Φ、ビーム送信方向の距離 r 及び X軸方向の距離 Xから、以下の数 5 0 で表すことができる。

〔数 5 0〕

P_u ²(r, φ,χ) =Ts (e -² ) ²

■ ln(r', φ ', x')-h(r', ', χ',Τ, Φ, x)-cos≠ '-r'-cos 0-sin 0 - r'd≠ 'dx

J

P o²は送信信号強度、 α は吸収減衰係数、 hは広がり関数である。

そして、マルチビームソナ一で、単位要素毎に求めた入力換算音響強度 P _M ²を、 Γ， Φ , X方向に連続的に取得して積分する。ここで、数 5 0 に T V G (Time Varied Gain) 及び体積要素を乗ずると、以下の数 5 1 が導かれる。

〔数 5 1 〕

Jp Cr, φ, x)T²-(e^2ar) ²'Cos≠ T-GOS0 -sinff -drd≠dx

= JTS- ^P" (e -^2ar) . ./ n(r',≠ ', x')-h(r', φ, ' x';r, φ, x)-cos≠ '-r'-cosff

■sin Θ -dr'd≠ 'dx '.r ³-(e ^iar) ²-cos 'cos Θ -drd≠ dx

r f r-h(r', φ ', x'ir, φ, x)

= Ts- P - Jn(r', φ ', x')- <J cos≠ -cos ff-s/πθ -drd^ x -

. -cos≠ '-r'-cos ff -sin 0-dr'd≠ 'dx' ここで、数 5 1 中'の []内の積分は、以下の数 5 2 のように展開できる。

〔数 5 2〕 _rh(r', Φ', χ',； r, φ, χ) . . .. .

J cos φ -cos Θ -sin Θ 'drd≠ ax rh(r', φ', χ',； r, φ, x) . _a . _n , . , .

= J ： -cos≠ · r ' cosff-sinff-drd^dx

2 ただし、 rが c て Z 2 よりも十分に大きいと仮定する。なお、 c は音速、 τ はパルス幅、 Ψ は等価ビーム幅を示している。数 5 1 に、数 5 2及び数

4 9 を代入すると、以下の数 5 3 が導かれる。

〔数 5 3〕 , . . ι

drd≠ dx >

'cos0 '-r'-cos Θ -sin Θ -dr'd≠ ax'

= Ts'P₀ ²' Jn(r'_f φ x')' T~ ≠ - os≠ '-r'-cos Θ -sinff -dr'd≠ 'dx^T

数 5 3 を変形すると、以下の数 5 4が導かれる

〔数 5 4〕 '

N'Ts = S^PM ^(r' ^x)'^{r 2m(e 2αΓ) 2} oos0 T'Cos -stn -drd≠dx

実際のマルチビームソナ一の受信信号は、船体 7が X軸正方向に走行しながら、傘型面 H 4上を走査したデータが得られる。ここで、傘型面 H 4 上における x z 平面に対する時計回りの角度 φ 方向のビームピッチを △ Φ、 X軸方向の送信間隔を Δ χ、 r方向のビームピッチを Δ ι· とし、 φ 方向 i 番目 X軸方向 j 番目 r 方向 k番目の超音波ビームの出力を P _Mi, _{ii k} とすると、上記数 5 4 は、以下の数 5 5で表される。

〔数 5 5〕 2

N'Ts = cos Θ -sm' Θ

C

- _{D2 f} ∑∑∑ P_Kf_u <^{kAr 3} ' (e ^{σΗΔΓ 2} 'Cos(j-A φ) このように、傘型面水平移動座標系における魚群 F S の魚量情報の算出原理は、上述の円筒座標系を用いた算出原理を応用したものである。

第 5実施例においては、先ず、マルチビームソナー 1 による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k )， φ ( i ) , x ( j ) で表すこととする。なお、 Φ 方向の測定範囲は - π / 2≤ φ ≤ π / 2 〔 r a d〕、 x 3軸-

8方向の測定範囲は 0 ≤ x≤船体 7 の走行距離〔 m〕、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔 m〕である。

ここで、仮想の傘型面 H 4 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² は、図 1 8 に図示されるように濃淡で表されたデータが表示部 6 に表示される。ここで、図 1 8 は、超音波のビームが、傘型面 H 4上を一 / 2≤ <ί>≤ πΖ 2 〔 r a d〕の範囲内で走査した場合における受信ビームのデータ図である。また、図 1 9 は船体 7 の進行方向と超音波ビームの送信方向 r との関係を示したモデル図である。

次に、仮想の傘型面 H 4に沿って送信された超音波ビームの受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元エコー積分する。ここで、トランスデューサ 2が球形なので、傘型面 H 4上のエコー積分値 S j は、以下の数 5 6 で表される。

〔数 5 6〕

S_u =∑ P ,u,- (kAr) 3. _(e 2 2 (k=1....... )

k なお、数 5 6 中の S i. j は、以下の数 5 7で表される。

〔数 5 7〕

Sj = ≥_ S_u- (cos ) (1=1 〉また、第 1 及び第 2 の原理における説明同様、 P _{M i}. j, は各体積要素（ r ， Φ , X ) 毎の入力換算音響強度、は送信信号強度を示している。

そして、船体 7から送受信される超音波ビームの送受信間隔を算出する。ここで、船体 7からの超音波ビームの送受信間隔 Δ X j は、図 2 0 に図示される距離であり、以下の数 5 8 で表される。なお、図 2 0 は船体 7 が進行する様子を示したモデル図である。

〔数 5 8〕

Ax, = 1852■ （Latj - Latw) ²+((Longj - Longj.,) ' cos(Latj)) ² (j=1,― ) 数 5 8 中の係数 1 8 5 2 は、マイル（N. M. ) からメートルへの単位の変換係数である。また、 L a t jは、各 j のときの船体の緯度（分）、 L o n g jは、各 j のときの船体 7 の経度（分）である。

そして、得られた傘型面 H 4上の二次元エコー積分値 S j を船体 7 の進行方向に体積積分する。このとき、数 9 を応用すると、以下の数 5 9 が導かれる。

〔数 5 9〕

2 Δ ΔΓ 「 _Η

N-Ts=cosff-sm0 ——；—— · 2- S.-Δχ,

τ Ρ₀ ²·Φ j α=ι，.....· ) 従って、魚体の Τ s が分かれば、魚群 F S内の尾量の概数を算出することができる。なお、第 1 〜第 4実施例同様、算出された魚群 F S 内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

なお、本実施例において、 x y平面に対する角度 Θ を一定に保ちつつ X z 平面に対する時計回りの角度 φ を、 - π ' 2 ≤ Φ ≤ π / 2 〔 r a d〕の範囲内で変化させながら超音波のビームを送受信している力、角度 φ の範囲はこれに限られるものではなく、任意の範囲で変化させるものであってもよい。従って、超音波ビームの送受信範囲を、例えば、 π / 2 ≤ φ ≤ 3 π / 2 〔 r a d〕の範囲内、 0 ≤ Φ≤ π 〔 r a d〕の範囲内、一 π≤ φ≤ 0 〔 r a d〕の範囲内、さらには、 O ^ S TT Z S 〔 r a d〕の範囲内または 0 ≤ φ≤ 2 π C r a d〕の範囲内で変化させるものであっても良い。また、本実施例において、トランスデューサ 2が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形 4であっても良い。この場合、数 5 0 はこれに代えて数 6 0で、数 5 1 はこれに代えて数 6 1 で、数 5 2 はこれに代えて数 6 2 で、数 5 3 はこれに代えて数 6 3で、数 5 4 はこれに代えて数 6 4で、数 5 5 はこれに代えて数 6 5で、数 5 9 はこれに代えて数 6 6 で、それぞれ、表される。ただし、送信信号強度を P ( Θ ), 等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。

〔数 6 0〕

PJ(r, φ,χ)=Τε--^- (e

ln(r\ φ \ x')'h(r φ', ΧΊΓ,≠_f x)-cos≠ ''r'-sin Θ -cos Θ -dr'd<p dx

〔数 6 1〕

•cos≠ 'τ.''βίη θ 'cos θ -dr'd≠ 'άχ'τ ³'(e ²ar) ²'Cos≠ -sin Θ - cos Θ -drd φ dx

ί fh(r', φ', x;r_f φ, x) , . . . ^ , . \

= Js' ln(r φ , x)' J cos φ -sm Θ OOS Θ 'drcf≠ dx >

u し Φ(θ) J

-cos φ ''r'-sin Θ -cos Θ 'dr'd≠ 'dx'

〔数 6 2〕 r h(r，, ', x'， Λ Φ» x) , . _Λ

/ cos0 »cos0 'Stn 'dra≠dx

Mr, φ，， x ； r,≠_r x) . · _Λ -

= / 'cos r ' cos Θ -s/n Θ ·οΓαφαχ

〔数 6 3〕

Ts- cos φ -sin θ 'cos Θ 'drd dx

σοβφ r '· sin Θ - cos Θ 'dr'≠ 'dx'

= Ts- Jn(r'_f ', χ')· 'Cos≠ '-r'-sin -cos& -dr'd 'dx' c

= Ts-N 数 6 4〕

2 1

N'Ts-—— cv - Ρ„₀ζ…θ^ク'≠…(θ) _¾ iP C Φ, χ)τ²'(θ^2αΓ)² -cos T'sin^'cos0'drd≠dx

M

〔数 6 5〕

2

N-Ts = sin0 'cos Θ '

■ _{Ρ Θ)}2._ψ(θ) ∑∑∑ P m- ) ³ - (e リ ² -cosG-Δ Φ)

〔数 6 6〕

N-Ts=cosff-s!n0.~― ^Δ^^Δγ—— - "∑ Sj-Ax,

(第 2 の実施形態）

球座標系を用いた魚量情報の算出原理、及びこの原理を利用した第 6 8実施例の 3つの態様について、以下に説明する。球座標系を用いた魚量情報の算出原理

球座標系を用いた魚量情報の算出原理について、図 2 1 を参照しつつ説明する。なお、トランスデューサ 2の形状は球形とする。ここで、図 2 1 は球座標系のモデル図である。

図 2 1 に図示されるように、トランスデューサ 2から海水中に向けて送受された超音波のビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合について考える。このとき、超音波のビームは、 x y平面に対する海水中の深さ方向の角度 Θ と x z平面に対する時計回りの角度 Φ とを有する方向に向けて 4·

2送信されることとなる。ここで、角度 Θ の範囲は、 Ο≤ 0≤ ノ 2 〔 r a d〕であり、角度 φ の範囲は、 0≤ φ≤ 2 π 〔 r a d〕である。

船体 7から送受信される超音波のビームの二次元方向は、 X y平面に対する角度 Θ 及び x z平面に対する角度 φ のいずれか一方の角度を一定として形成される仮想面に沿った方向と考えることができる。そして、次に、 x y平面に対する角度 Θ 及び X z平面に対する角度 φ のうち一定とされた角度を変化させることによって三次元積分する。なお、 x y平面に対する角度 0 の範囲は、 Ο≤ 0≤ π 2 〔 r a d〕であり、 x z平面に対する角度 Ψ の範囲は、 0≤ Φ≤ 2 π 〔 r a d〕である。

図 2 1 において、魚群 F Sの密度を n ( r , θ , φ ) とすると、魚群 F S内の総尾量 Nは、以下の数 6 7で表すことができる。

〔数 6 7〕

N = Γ n(r, θ, φ) - r²cos<9- drd0d≠ , また、（ r , θ , φ ) 方向に向けた送信ビームが魚群 F Sから反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合に得られる入力換算音響強度 Ρ_Μ ² は、以下に説明する一連の演算処理によって信号処理部 5で処理される。

入力換算音響強度 P _M ² ( r , θ , φ ) は、 χ y平面に対するビーム角度 θ , X軸に対するビーム角度 ^、時刻の換算距離を r として、以下の数 6 8で表すことができる。

〔数 6 8〕

P 2( ff ) =7¾ · (e ^2ar) ²- Γη&', θ',≠')- (r', θ', φ '； r, β,≠)-r'^lcos0 -dr'de 'άφ ' なお、ここで、 P _Q ²は送信信号強度、 α は吸収減衰係数、 hは点広がり関数である。

そして、マルチビームソナ一で、各体積要素（ r ， θ , φ ) 毎の入力換算音響強度 P _M ²を ]:， Θ ' Φ 方向に連続的に取得して積分する。ここで、数 6 8 に T V G及び体積要素を乗じて r , θ , * 方向に積分すると、以下の数 6 9が導かれる。

〔数 6 9〕 f p Cr, θ , φ)τ ⁴(e ^2ar) ² oos Θ -drddd≠ . = Ts-P/- fn(r'， 9； ff', φ ':r, θ, Φ) - cos& -drdffd≠ - -r'^!cos0'- dr'dff'd≠'

ここで、数 6 9 中の []内の積分は、以下の数 7 0 のように展開できる。

〔数 7 0〕

/ h(r', ff', Φ ':r, θ , φ) - OOS0- drdff d≠

_=F ^, Θ-, Φ Γ, Θ, Φ) ._R!COSE ._DRDED≠

=—^- · f (r'_t θ，， φ，; θ， φ) - r²-cos&' άΓάθάφ '

1 cr cr ,

= , r ²' ―

r'2 2 2 ^r なお、数 7 0 の 3行目において、 hの有限性（ r方向には c て Z 2 の広がり）を考慮し、 hの実行積分範囲において r は一定値 r ' とみなし積分

4.3 の外に出した。また、 rが c て / 2よりも十分に大きいと仮定する。なお、 c は音速、 τ はパルス幅、 Ψ は等価ビーム幅を示している。数 6 9 に、数

6 7及び数 7 0を代入すると、以下の数 7 1が導かれる。

〔数 7 1〕

f P (r, θ , )τ He ^2ar) ² cos0- drdffd≠

= Ts- P₀ ²- ^ -≠- J n(r, タ； φ)' - r'²cos0'■ dr'dO' άφ'

= Ts' P - -^ Φ-Ν 数 7 1 を変形すると、以下の数 7 2 4-が 4導かれる。

〔数 7 2〕

N-Ts =― -^— / P Cr, β , φ)τ⁴(β^1α')^!■ cos0- drdff άφ

CT Ρ^φ ^m 数 7 2より、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて、魚群 F Sをなす単体魚の後方散乱強度 T s とかかる魚群 F S内の尾量 Nとの積が導かれる。また、魚群 F Sをな.す単体魚の後方散乱強度 T sが分かれば、魚群 F S内の尾量 Nが導かれる。このようにして、魚群 F S内の尾量 Nの概数が把握できる。

なお、上記算出原理の説明において、トランスデューサ 2が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ について、 r方向が X y平面に対して成す角度 Θ の依存性を考慮する必要がある。従って、数 6 8はこれに代えて数 7 3で、数 6 9はこれに代えて数 7 4で、数 7 0はこれに代えて数

7 5で、数 7 1はこれに代えて数 7 6で、数 7 2はこれに代えて数 7 7で、それぞれ、表される。ただし、数送信信号強度を P ₀ ² ( 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( 0 ) とする。〔数 7 3〕

Ρ'(θ)

PjCr, θ, ) =Ts - -^— (e-^s"-)^!-

ΓΠ(Γ', θ', ≠')-h(r, θ', φ''-r, θ, )τ'² cosS'■ dr'd6'd≠'

〔数 7 4〕 r P (r, θ , φ)

S ρ)_(θ)._φ(θ) Φ

= Ts- fn&; 0； ≠)·■ {j^h(rr' ^&'' l^r:タ' ⁾ -y - oos0-drd0d≠

^cosS'- dr'de'd≠

〔数 7 5〕 rh(r', 0', ΊΓ, θ, φ) . , .₀ . ,

J cosd- drdS r h(r; θ; φ-.r, 6, φ) . _r2cQs0 ' _drd0d≠ ₌ _^ .^; β; φ-,Γ, θ, φ) ._r2._cose._drdgd0

〔数 7 6〕

副 ^φ

= Ts- ΓΠ(Γ', θ; φ')■ r'²cos0'■ dr'dff'd^'

2

= Ts- -^- -N

〔数 7 7〕

. N-Ts^ - fP Cr, θ, φ)τΗβ 2 ' _Ρο(θ^_ψ(θ) '∞3θ' drd0d≠ なお、トランスデューサ 2が円筒形である場合において、角度 0 及び角 Φ 方向の離散化を導入した場合について説明する。数 7 3の両辺に r ⁴ ( e ^{2α Γ}) ² · sin0 / ( P o² ( θ ) Ψ ( Θ )) を乗じて積分すると、以下の数 7 8 が導かれる。

〔数 7 8〕 , Θ， Φ)·Γ ²' _{PI 9)≠(E)} OOS0- ά Φ

'r^,2cose''dr'd0'd≠ = Ts-

Ts- · Ν

なお、数 7 8 において、積分の中の 1 / r ²及び Ψ ( Θ ) の項をそれぞれ、 1 / r ² = / r ' 2、 ψ ( θ ) = Ψ ( θ ' ) と近似し、 r , θ ' ψ の積分外に出している。数 7 8 を変形すると数 7 9が導かれる。

〔数 7 9〕

N-Ts =^ fP r, θ, φ)τ He ^_!(&)≠(0) cos&-drd0d≠

実際のマルチビームソナ一から送信した超音波ビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合のデータは、（ 0 , Φ ) 方向のビーム方向 r に沿って得られる。ここで、 Θ 方向のビームピッチを Θ Φ 方向のビームピッチを φ とし、 Θ 方向 i 番目 φ 方向 j 番目の超音波ビームの出力を P _Mi. j (r) とすると、数 7 9 は、以下の数 8 0 となる。

〔数 8 0〕 N- Ts = ^{2Α Θ}'^{Α Φ} ∑∑ fP_ui!(r) ²τ (e ^2ar) ² -―—— cosOA 0)dr

数 8 0 の右辺はエコー積分を表している。 T V G補正 r⁴ ( e ²a ^r) ²、角度 Θ を補正した後の積分、さらに T s が既知の場合は、エコー積分値より総尾量 Nを求めることができる。さらに、距離 r 方向の離散化を導入すると、数 8 0は、以下の数 8 1 で表せる。

' 〔数 8 1 〕

N-TS . ∑∑

, _{ρίαΔ )≠aA g)} oosOA _θ)

数 8 1 より、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて、魚群 F

S をなす単体魚の後方散乱強度 T s とかかる魚群 F S内の尾量 Nとの積が導かれる。また魚群 F s をなす単体魚の後方散乱強度 T s が分かれば、角、群 F S 内の尾 Nが導かれる。このようにして、魚群 F S 内の尾量 Nの概数が把握できる

第 6実施例

第 6 の実施例について、図 2 1 〜図 2 3 を参照しつつ説明する。ここで、図 2 2 は *s 波のビームが X軸と z 軸とを含む仮想の鉛直平面 H 5上を走査しつつ、走査面である鉛直平面 H 5が y軸を中心として反時計回りに回転するように超音波ビームの送信方位が変更されるモデル図である。また、図 2 3 は鉛直平面 H 5 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F

S内から反射しこの反射エコーを受信ビームにより受信した場合における一夕図である。図 2 3 に図示されるデータは受信ビームの入力換算音響強度 Ρ M² ¾示しており、受信ビームの入力換算音響強度が大きいほど図

2 3 に図示される濃度が大きくなる。なお、トランスデューサ 2 の形状は円筒形とする。

図 2 2 において、超音波のビームは、鉛直平面 H 5上で X軸に対する角度（ X y平面に対する角度） Θ を変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、 z軸を中心として鉛直平面 H 5が回転するように (即ち X z 平面に対する角度 φ が変化するように）、超音波ビームの送信方位が変更されている。

ここで、 x y平面に対する角度 0 の範囲は、 Ο≤ 0≤ π Ζ 2 〔 r a d〕であり、 X z 平面に対する角度 φ の範囲は、 0 ≤ Φ < 2 π ： C r a d ] である。このように、鉛直平面 H 5上を 4走-

8査しつ z 車由を中心としてかかる鉛直平面 H 5 を回転させるように超音波ビームの送受信方位を変更するとによって二次元積分することができる。

超音波のビームが仮想の鉛直平面 H 5上を走查し魚群 F S内からの反射ェ 3—を受信ビームにより受信し、入力換算管強度 Ρ „² が得られた場

、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づレて魚群 F S の魚量情報を算出することができる。以下に、このアルゴリズムについて説明するず、マルチビームソナ一による測定領域即ち ί¾ 波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k ) ' θ ( i ) , Φ ( J ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔 m〕、 0 方向の測定範囲は 0≤ 0≤ π / 2 〔 r a d〕、 Φ 方向の測定囲は一 2 it < Φ 0 〔 r a d〕、である。

鉛直平面 Η 4に沿つて送信された超音波ビームが魚群 F S内から反射し、この反射ェコ ―を受信ビームにより受信した場 α 、この受信ピームについての入力換算響強度 P M² は、図 2 3 に図示される濃淡で示 aれたデ ―' 夕として表示部 6 に示される。

次に、かかる受信ビ一ムについての入力換算響強度 P Ϊ

M を二次元ェ 3

―禾貝分する。で、 hランスァューサ 2 が円筒形なので、鉛直平面 H 5 上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 8 2 で表される。

〔数 8 2〕

5 =∑∑ ⁴( )² P_oHiA Θ)ΦΘΔ Θ) ^{COS(lA 0)}

P _{M i}. j, _k ²は各体積要素（ 0 , Φ , r ) 毎の入力換算音響強度、 P。²は送信信号強度を示している。

そして、鉛直平面 H 5が z 軸を中心として反時計回りに回転するように超音波ビームの送受信方位を変更することによって、仮想鉛直平面 H 5上のエコー積分値 S j を、 X z 平面に対する時計回り角度 φ が変化する方向に体積積分する。このように、仮想の鉛直平面 H 5 とかかる鉛直平面 H 5 が回転する方向（ x y平面に対する角度 Φ を変化させる方向）とに体積積分すると、かかる体積積分値 Tは、以下の数 8 3で表される。

〔数 8 3〕

Γ ~ ^ , · そして、数 8 1 〜数 8 3 より以下の数 8 4が導かれる。

〔数 8 4〕

2Λタ

N'Ts = ' T

c V 従って、魚体の T s が分かれば、魚群 F S内の尾量 Nの概数を算出することができる。なお、算出された魚群 F S内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

なお、本実施例において、 y z 平面に対する角度 Θ の範囲を、 Ο≤ 0 ≤ π / 2 〔 r a d〕、 x z 平面に対する時計回り角度 φ の範囲を、一 2 π≤ φ≤ 0 〔 r a d〕の範囲内で変化させながら超音波のビームを送受信しているがこれに限られるものではない。例えば、 y ζ 平面に対する角度 Θ は、

0 θ ≤ π 〔 r a d〕の範囲内における任意の範囲で変化させるものであつてもよく、 x z 平面に対する時計回り角度 ψ は、 0 ≤ φ≤ 2 π 〔 r a d π≤ φ ≤ 0 〔 r a d〕または 0 ≤ Φ≤ π 〔 Γ a d〕等であっても良い。のような場合であっても三次元積分が可能である。

ま、本実施例において、 x z 平面に対する時計回り角度 φ を基準として考るこによって魚群 F S内の尾量 Nの概数を算出しているがこれに限らるもではなく、 X z 平面に対する反時計回り角度を基準として考て良い

ま、本施例において、トランスデューサ 2 が円筒形の場合について明たがこれに限られず、球形であっても良い。この場合、数 8 2 はれ代え数 8 5で、数 8 4はこれに代えて数 8 6 で、それぞれ、表されるただ、数送信信号強度を P。² ( 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( 0 ) とする

〔数 8 5〕

Sj = H P_w -(kA r) ⁴(e "cosCiA θ)

i k

〔数 8 6〕

2Δ Θ-Δφ-Ar

N-Ts = -

P₀ ²≠ 第 7実施例

次実施例について、図 2 1 、図 2 4及び図 2 5 を参照しつつ説明する

で、図 2 4は、超音波のビームが船体 7 の周囲に形成される仮想の傘型面 H 6上を走査しつつ、走査面である傘型面 H 6が X y平面に対する角度 Θ を変えるように、超音波ビームの送信方位が変更されるモデル図である。また、図 2 5 は、傘型面 H 6 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S 内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合におけるデータ図である。図 2 5 に図示されるデータは受信ビームの入力換算音響強度 P_M ² を示しており、受信ビームの入力換算音響強度が大きいほど図 2 5 に図示される濃度が大きくなる。なお、トランスデューサ 2 の形状は円筒形とする。

図 2 4 において、超音波のビームは、 x y平面に対する角度 Θ を所定の角度に保ちつつ、 x z 平面に対する時計回り角度 Φ を 0≤ φ≤ 2 π 〔 r a d〕の範囲で変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、 x y平面に対する角度 Θ が変更するように、超音波ビームの送信方位が変更されている。

ここで、 x z 平面に対する時計回り角度 φ の範囲は、 0 ≤ φ≤ 2 π 〔 r a d〕であり、 x y平面に対する角度 0 の範囲は、 0 ≤ θ≤ π Z 2 〔 r a d〕である。このように、傘型面 H 6上を走査しつつ x y平面に対する角度 0 を変化させることによって超音波ビームの送受信方位を変更することによって三次元積分することができる。

超音波のビームが傘型面 H 6—上を走査し、魚群 F S 内から反射した反射エコーを受信ビームにより受信し、入力換算音響強度 P _M ²が得られた場合、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて魚群 F S の魚量情報を算出することができる。以下に、このアルゴリズムについて説明する。

先ず、マルチビ一ムソナ一による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 Θ ( i )， φ ( j ), r ( k ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔 m〕、 0 方向の測定範囲は 0≤ 0 7c Z 2 〔 r a d〕、 Φ 方向の測定範囲は 0≤ Φ≤ 2 π 〔 r a d〕、である。

傘型面 H 6 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S 内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P M² は、図 2 5 に図示される濃淡で表示されたデー夕として表示部 6 に表示される。

次に、かかる受信ビームについての入力換算音響強度 P M² を二次元ェコ —積分する。ここで、トランスデューサ 2が円筒形なので、傘型面 H 6上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 8 7 で表される。

〔数 8 7〕

5/ =∑∑

_{Ρο!ΑΔ Θ)Φ(ΙΑ Θ)} ΟΒΟΛ Θ)

Ρ _Mi, j, _k ²は各体積要素 ( θ , φ , X ) 毎の入力換算音響強度、 P ₀ ²は送信信号強度を示している。

そして、傘型面 H 6 が x y平面に対する角度 Θ を変えるように超波ビ一ムの送受信方位を変更することによって、傘型面 H 6上のェコ ― 分値 s i を、 X y平面に対する角度 Θ が変化する方向に体積積分する o のように、仮想の傘型面 H 6 と x y平面に対する角度 Θ が変化する方向とに体積積分すると、かかる体積積分値 Tは、以下の数 8 8で表される o

〔数 8 8〕ゾそして、数 8 1 、数 8 7及び数 8 8 より以下の数 8 9が導かれる。

〔数 8 9〕

2Δ Θ-Δ Φ-ΔΓ

N-Ts = ' T

CT 従って、魚体の T s が分かれば、魚群 F S 内の尾量 Nの概数を算出することができる。なお、算出された魚群 F S内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

なお、本実施例において、 X z 平面に対する時計回り角度 Φ の範囲を、 0 ≤ ≤ 2 π 〔 r a d〕、 x y平面に対する角度 0 の範囲を、 Ο ≤ 0 ≤ ττ 〔 r a d〕の範囲内で変化させながら超音波のビームを送受信しているが、これに限られるものではない。例えば、 X z 平面に対する時計回り角度 φ は、 0 ≤ *≤ 2 7r 〔 r a d〕、一 7t≤ <i>≤ 0 〔 r a d〕または 0 ≤ ≤ ΤΓ 〔 Γ a d〕等であってもよく、 x y平面に対する角度 0 は、 Ο ≤ 0 ≤ π Ζ 2 〔 r a d〕の範囲内における任意の範囲で変化させるものであっても良レこのような場合であっても三次元積分が可能である。

また、本実施例において、 x y平面に対する角度 Φ 及び X z 平面に対する時計回り角度 Φ を基準として考 5え-

3ることによって魚群 F S 内の尾量 N の概数を算出しているがこれに限られるものではない。

また、本実施例において、トランスデューサ 2 が円筒形の場合について説明したが、これに限られず、球形であっても良い。この場合、数 8 7 はこれに代えて数 9 0で、数 8 9 はこれに代えて数 9 1 で、それぞれ、表される。ただし、送信信号強度を P （ 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。

〔数 9 0〕

5,. =∑∑ P_m, -(kAr) ⁴(e ^2akAr) ² cosGA θ)

i k

〔数 9 1 〕

第 8実施例

次に、第 8実施例について、図 2 1 及び図 2 6 を参照しつつ説明する。ここで、図 2 6 は、超音波のビームがスラント面 H 7上を走査しつつ、走査面であるスラン卜面 H 7が y軸を中心として揺動するように、超音波ピ —ムの送信方位が変更されるモデル図である。なお、「スラント面 H 7」とは、第 2実施例で説明したスラント面 H I と同義であって、 y軸と _Z 軸に対して x軸の正方向に向けて所定の角度 qで交差する x z 平面上の w軸とを含む仮想の平面をいう。なお、トランスデューサ 2 の形状は球形とする。図 2 6 において、超音波のビームは、スラント面 H 7上で y軸に対する角度 0₄を変化させながら海水中の深さ方向に向けて送信される。そして、 y軸を中心としてスラント面 H 7 が揺動するように（即ち、 z軸に対して X軸の正方向に向けて交差する角度 Qが変化するように）、超音波ビームの送信方位が変更されている。

ここで、 z 軸に対する X軸の正方向に向けた角度 Q の範囲は、 - it / 2 ≤ 0_ ≤ π 2 〔 r a d〕であり、スラント面 H 7 上における y軸に対する角度 0₄の範囲は、 Ο ≤ 0₄≤ π 〔 r a d〕である。このように、スラント面 H 7 を走査しつつかかるスラン卜面 H 7 を y軸を中心として揺動させるように超音波ビームの送受信方位を変更することによって三次元積分することができる。

超音波のビームが仮想のスラント面 H 7上を走査し、魚群 F S 内からの反射エコーを受信ビームにより受信し、入力換算音響強度 P _M ² が得られた場合、球座標系を用いた魚量情報の算出原理に基づいて魚群 F S の魚量情報を算出することができる。以下に、このアルゴリズムについて説明する。先ず、マルチビームソナ一による測定領域、即ち、超音波ビームの送受信方向を設定する。ここで、送受信方向を、 r ( k ), θ ₄ ( i ) , q ( j ) で表すこととする。なお、 r方向の測定範囲は 0 ≤ r ≤超音波ビームの探知距離〔 m〕、 0₄ 方向の測定範囲は 0 ≤ 0 ≤ 7T 〔 r a d〕、 q方向の測定範囲は一 π/ 2≤ (ΐ≤ πΖ 2 〔 r a d〕、である。

スラント面 H 7 に沿って送信された超音波ビームが魚群 F S内から反射し、この反射エコーを受信ビームにより受信した場合、この受信ビームについての入力換算音響強度 P は、第 1 〜第 7実施例同様に、濃淡で表示されたデータとして表示部 6 に表示される（本実施例では図示を省略する）。次に、かかる受信ビームについての入力換算音響強度 P _M ² を二次元ェコ一積分する。ここで、トランスデューサ 2が球形なので、スラント面 H 7 上の二次元エコー積分値 S jは、以下の数 9 2で表される。

〔数 9 2〕

Sj =∑∑ P_Mi! -(kAr) (e sinOA Θ)

7^k

P _Mi, j. _k ² は各体積要素 ( 0₄, Q > r ) 毎の入力換算音響強度、 P。² は送信信号強度を示している。

そして、スラント面 H 7が y軸を中心として揺動するように超音波ビームの送受信方位を変更することによって、仮想のスラント面 H 7上のェコ一積分値 S j を、 z軸に対する x z 面上の w軸の角度 qが変化する方向に体積積分する。このように、仮想のスラント面 H 7 とかかるスラント面 H 7 が揺動する方向（ z 軸に対する w軸の角度 Q を変化させる方向）とに体積積分すると、かかる体積積分値 Tは、以下の数 9 3 で表される。

〔数 9 3 τ = Έ

ゾ'

そして、以下の数 9 4が導かれる。

〔数 9 4〕

2Δ ff₄-Aq-Ar 1

N'Ts T 従って、単体魚の T s が分かれば、魚群 F S内の尾量 Nの概数を算出することができる。なお、算出された魚群 F S内の尾量 Nの概数は、表示部 6 に表示される。

なお、本実施例において、 z軸に対する X軸の正方向に向けた w軸の角度 Qの範囲を、一 7t / 2 ≤ Q≤ 7t Z 2 r a d〕、スラント面 H 7上における y軸に対する角度 0₄の範囲を、 Ο ≤ 0₄≤ π 〔 r a d〕の範囲内で変化させながら超音波のビームを送受信しているが、これに限られるものではない。例えば、 z 軸に対する X軸の正方向に向けた角度 Q は、一 π Z 2 ≤ q≤ τε/ 2 〔 r a d〕の範囲内における任意の範囲で変化させるものであつてもよく、スラント面 H 7 上における y軸に対する角度 0₄ は、 0 ≤ θ ₄≤ π 〔 r a d〕の範囲内における任意の範囲で変化させるものであつても良い。このような場合であっても三次元積分が可能である。

また、本実施例において、 y軸と z 軸に対して X軸の正方向に向けて所定の角度 qで交差する X z平面上の w軸とを含む仮想のスラン卜面 H 7が y軸を中心として揺動する場合を考えているが、これに限られるものではない、例えば、 X軸と z 軸に対して y軸の正方向に向けて所定の角度で交差する y z平面上の仮想軸とを含む仮想面が X軸を中心として揺動する場合を考えても良い。

また、本実施例において、トランスデューサ 2 が球形の場合について説明したが、これに限られず、円筒形であっても良い。この場合、数 9 2 はこれに代えて数 9 5で、数 9 4—はこれに代えて数 9 6 で、それぞれ、表される。ただし、送信信号強度を P _Q ² ( 0 )、等価ビーム幅を Ψ ( Θ ) とする。これは、送信信号強度 P 及び等価ビーム幅 Ψ が、 X y面に対する各ビームの角度 0 に依存することを意味する。

〔数 9 5〕

Sj =∑∑ /' ^パ sinOA 0₄)- _{ρ2(β)≠(θ)}

i k

〔数 9 6〕

2Δ Θ,-Aq-Ar

：また、本実施例において、超音波のビームがスラント面 H 7上を走査しつつ、走査面であるスラント面 H 7が y軸を中心として揺動するように、 m音波ビームの送信方位が変更されているが、これに限られな。即ち、スラント Hに代えて、 x y平面上の任意の第 1 水平軸と、この第 1 水平軸に直交する第 2水平軸 z 軸とを含む平面（第 3面）上で z 軸に対して交差する下方軸とを含む面であっても良い。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な計変更を行うことが可能なものである。例えば、水中探知装置はスキヤ ―ングソナ一に限られるものではな < 、セクタースキャニングソナーゃサ一チライトソナ一であっても良い。セク夕一スキヤ二ングソナ一を用いた場合、送信信号強度 P。²及び等価ビ- -ム幅 Ψ について、角度 Θ ではなく角度 Φ への依存性を考慮する必要がある。セクタースキャニングソナーでは、送又波器の周囲に所定の中心角および俯角を有する扇形の送信ビームが形成されるそして、扇形の送信ビ一ム内をペンシル状の受信ビームで走査することによ Ό 、送信ビ一ム内の各方位の水中情報の探知が行われる。尚、 1 回の超曰波の '送信で探知できるのは扇形の範囲だけであるので、送受波を機械的に回転させることで全周の探知が行われる。また、送信ビームの俯角の制御機械的に行われる。サーチライトソナーを用いた場 □ 、送信信号強度 Ρ 2

0 及び等価ビーム幅 Ψ のいずれも、角度 Θ 及び角度 Φ への依存性を考慮する必要はなレ

送受波器の振動子から 1 つの方位へ所定の俯角でぺンシル状の超音波が送信される。そして、振動子で受信された受信信号に基づいて当該方位の水中情報の探知が行われる。尚、 1 回の超音波の送信で探知でさるのはペンシル状の狭い範囲だけであるので、送受波器を機械的に回転させることで全周の探知が行われる。また、超曰波が送信される俯角の制御も機械的に行われる。また、本発明に適用される水中探知装置において、超音波の送受信方向は、上記各実施例で説明した各面 H 1 〜 H 7 に沿った方向に限られるものではなく、所定の二次元方向とこの二次元方向に交差する一次元方向とに体積積分できればよい。

また、本発明に適用される水中探知装置は、トランスデューサ 2から送受信される超音波が 1 回の送受信によって各面 H 1 〜H 7 を走査するものであってもよく、連続して複数回送受信される超音波によって各面 H 1 〜 H 7 を走査するものであってもよい。

また、上述の各実施例において、魚群 F S 内の魚量 Nを算出しているが、これに限られず、「N X T s 」を算出するものであっても良い。

また、上述の各実施例において、一つの受信ビームを各面 H I 〜H 7 の多方位に向けて順次形成させているが、これに限られず、一次元的に絞つた多数の受信ビームを各面 H 1 ~ H 7 上の多方位に向けて同時に形成させても良い。

なお、上述の各算出原理及び各実施例に記載の「 y z 平面に沿って送信された超音波ビーム」、「スランド面 H 1 に沿って送信された超音波ビーム」、「斜め垂直面 H 2 に沿って送信された超音波ビーム」、「斜めスラント面 H 3 に沿って送信された超音波ビーム」、「傘型面 H 4 に沿って送信された超音波ビーム」、「鉛直平面 H 5 に沿って送信された超音波ビーム」、「傘型面 H 6 に沿って送信された超音波ビーム」及び「スラント面 H 7 に沿って送信された超音波ビーム」のそれぞれについて、円筒座標系のモデル上及び球座標系のモデル上では超音波のビームが各面 H 1 〜H 7 に沿って送信されているが、実際には各面 H 1 ~ H 7 に略沿った方向に送信されることとなる。

また、上述の各算出原理及び各実施例では、トランスデューサ 2 の形状が球形の場合と円筒形の場合とについて説明したが、例えば、数 8 1 において Ρ。² ( ί Δ 0 ) , Ψ ( i Α θ ) を、それぞれ、 P o ² ( i j ) , Ψ ( i , j ) と置き換えることにより、任意の形状の卜ランスデューサに対応することができる。なお、前記（ i j ) はビームの番号を意味する

以上のように、上述の各実施例におけるスキヤニングソナー 1 は、船体

7力ゝら水中の所定の方向に超音波ビームを送信し、力ゝカゝる超音波ビームが魚群 F S内から反射した反射ェコーを受信ビームにより受信する卜ランスデューサ 2 と受信ビ一ムの信号を処理する信号処理部 5 とを備える。そして、この信処理部が、ビームにより得られる入力算信号を各面 H 1 H 7 に沿つた二次元方向とれらの H H 1 ~ H 7 交差する一次元方向との三次元方向に積分する。そして、この積分値から魚群 F S 内の尾量 Nの概数を算出している。従つて、水平モードの走査像及び垂直モ一ドの走查画像の対応関係を把握することなく、魚群 F S 内の尾量 N の概数を容易に且つ定量的に算出することができる。しかも、業者の経験に依ることなレ^"ので、算出された魚群 F S 内の尾量 Nの概数がばらつくことも少ない

尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱する，とのない様々な実施形態が可能である。

産業上の利用可能性

本発明は、超音波信号を送信し、受波ビームを形成して魚群を探知するスキャニングソナ一や水底探査ソナ一装置等の水中探知装置に利用可能である。

5.9

Claims

請求の範囲

( 1 ) 船体から水中の所定の方向に超音波信号を送信する送信部と、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信する受信部と、

前記受信ビームの信号を処理する信号処理部と、を備え、

前記信号処理部が、前記受信ビームにより得られるデータを所定の三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出することを特徴とする水中探知装置。

( 2 )前記受信部が、所定の二次元方向に受信ビームを形成可能であって、前記信号処理部による前記デ一夕の積分が、前記二次元方向と前記二次元方向に交差する所定の一次元方向との三次元方向に行なわれることを特徴とする請求項 1 に記載の水中探知装置。

( 3 ) 前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面上の第 1 水平軸と；前記第 1 水平軸に対して第 1 面上で直交する第 2水平軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 3面上の下方軸と、を含む面に略沿う方向であって、

前記所定の一次元方向が、前記船体の進行方向であることを特徴とする請求項 2 に記載の水中探知装置。

( 4 ) 前記第 1水平軸が前記第 2軸であって、且つ前記下方軸が前記第 3 軸であることを特徴とする請求項 3 に記載の水中探知装置。

( 5 ) 前記第 1水平軸が前記第 2·軸であって、且つ前記下方軸が前記第 3 軸に対して交差する軸であることを特徴とする請求項 3 に記載の水中探知装置。

( 6 ) 前記第 1水平軸が前記第 2軸に対して交差する軸であって、且つ前

6.0 記下方軸が前記第 3軸であることを特徴とする請求項 3 に記載の水中探知装置。

( 7 ) 前記第 1 水平軸が前記第 2軸に対して交差する軸であって、且つ前記下方軸が前記第 3軸に対して交差する軸であることを特徴とする請求項 3 に記載の水中探知装置。

( 8 ) 前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面に対して交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向であって、

( 9 ) 前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸に対して前記船体から水平方向に直交する方向に延びる第 2軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 2面に略沿う方向であって、

前記所定の一次元方向が、前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸を略中心として前記第 2面を回転させる方向であることを特徴とする請求項 2 に記載の水中探知装置。

( 1 0 ) 前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸と前記船体から前記第 1軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面に対して交差し且つ前記船体の周りに形成される傘型面に略沿う方向であって、

前記所定の一次元方向が、前記第 1 面と前記傘型面とが交差する角度を変化させる方向であることを特徴とする請求項 2 に記載の水中探知装置。 ( 1 1 ) 前記所定の二次元方向が、船体の前方水平方向に延びる第 1 軸と前記船体から前記第 1 軸に対して水平方向に直交する方向に延びる第 2軸とを含む第 1 面上の第 1 水平軸と、前記第 1 水平軸に対して第 1 面上で直交する第 2水平軸と前記船体から鉛直下方に延びる第 3軸とを含む第 3面上で前記第 3軸に対して交差する下方軸と、を含む面に略沿う方向であつて、前記所定の一次元方向が、前記第 3軸と前記下方軸とが交差する角度を変化させる方向であることを特徴とする請求項 2 に記載の水中探知装置。 ( 1 2 ) 前記データが、送受信された超音波信号の拡散減衰及び吸収減衰を補正した入力換算音響強度であることを特徴とする請求項 1 〜 1 1 のいずれか 1 項に記載の水中探知装置。

( 1 3 ) 水中の所定の方向に超音波ビームを送信するステップと、前記送信された超音波信号に起因 6す 2る魚群内からの反射エコーを受信ピームにより受信するステップと、

前記受信ビームにより得られるデータを所定の三次元方向に積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徵とする魚群の魚量情報の算出方法。

( 1 4 )水中の所定の二次元方向に超音波のビームを送信するステップと、前記送信された超音波信号に起因する魚群内からの反射エコーを受信ビームにより受信するステップと、'

前記受信ビームにより得られるデータを前記二次元方向と前記二次元方向に交差する所定の一次元方向とに積分することによって前記魚群の魚量情報を算出するステップと、を有することを特徴とする魚群の魚量情報の算出方法。