JP2002311129A - 水中探知装置の受信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複雑な信号処理を必要とせず、浅場と深場のい
ずれの場合にも良好な出力信号が得られる水中探知装置
の受信回路を提供する。 【解決手段】フィルタ４、ＬＯＧアンプ５、フィルタ６
およびＬＯＧアンプ７からなる第１の増幅回路Ａと、フ
ィルタ４、抵抗器８およびＬＯＧアンプ９からなる第２
の増幅回路Ｂと、第１および第２の増幅回路の出力が入
力される高レベル優先回路１０とを備える。第１の増幅
回路Ａの帯域は第２の増幅回路Ｂの帯域よりも狭く設定
されている。高レベル優先回路１０は、受信信号が小さ
い場合（深場の場合）に、第１の増幅回路Ａからの信号
を優先して出力し、受信信号が大きい場合（浅場の場
合）に、第２の増幅回路Ｂからの信号を優先して出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、魚群探知機などの
水中探知装置における受信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】魚群探知機では、水中に送波された超音
波のエコー信号を受信回路で受信し、この信号を解析す
ることにより魚群やその他の水中情報を表示部に表示す
るようにしている。そして、受信回路には、受信信号を
増幅するためのアンプが設けられる。このアンプは、一
般にリニア方式とＬＯＧ方式とに分類される。リニア方
式のアンプは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等
で構成されるデジタルフィルタを採用した高級アンプで
あって、従来はこの方式が主流であったが、最近では、
アナログフィルタを用いる安価なＬＯＧ方式のアンプが
多用されるようになっている。

【０００３】図７は、このようなＬＯＧ方式のアンプの
従来例を示したブロック図である。図において、３０は
ＴＶＧ（Time Variable Gain Control；時間利得制御）
付きのプリアンプ、３１は受信信号（エコー信号）に含
まれる不要な周波数成分を除去するフィルタ、３２は受
信信号を対数変換した直流信号をＬＯＧ出力として出力
するＬＯＧアンプ（対数増幅器）である。プリアンプ３
０は、ＬＯＧアンプ３２の利得の不足を補うために設け
られたもので、ＴＶＧ信号に従って受信信号を所定の利
得で増幅する。この利得は、時間と共に増大するように
なっている。受信信号は水中の伝播過程で減衰するた
め、深場を探知した場合は信号強度が弱くなり、浅場を
探知した場合は信号強度が強くなる。このため、深場の
ときはＴＶＧ信号によってプリアンプ３０の利得を上げ
て減衰量を補償し、必要なレベルの信号が得られるよう
にする。また、浅場のときはＴＶＧ信号によってプリア
ンプ３０の利得をセーブし、アンプが飽和しないように
している。こうしてプリアンプ３０で前置増幅された受
信信号は、フィルタ３１で不要な周波数成分が除去され
た後、ＬＯＧアンプ３２に入力される。ＬＯＧアンプ３
２は、利得が８０ｄＢ程度の増幅器であって、受信信号
を対数変換した直流のＬＯＧ出力を生成し、これを後段
の信号処理回路へ出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の回路において
は、深場での信号減衰の補償、および浅場での信号飽和
の防止のためにプリアンプ３０を用いており、このプリ
アンプ３０は利得をコントロールする制御型のプリアン
プであるため、信号処理が複雑になる。また、フィルタ
３１の帯域に制限があるために、浅場を探知した場合に
良好な出力信号が得られないという問題がある。すなわ
ち、深場を探知する場合は、送信信号のパルス幅は約１
ｍｓであり、良好なパルス応答を得るためには、フィル
タ３１として１ＫＨｚ程度の狭い帯域を持ったものが要
求される。一方、浅場を探知する場合は、送信信号のパ
ルス幅が約０．１ｍｓと短いことから、良好なパルス応
答を得るためには、フィルタ３１として１０ＫＨｚ程度
の広い帯域を持ったものが要求される。しかるに、フィ
ルタ３１の帯域を広くすると、不要な周波数成分の混入
が増えてＳＮ比が低下するため、フィルタ３１の帯域は
どうしても狭くせざるを得ない。ところが、帯域を狭く
すると、浅場探知時の受信信号に波形なまりが生じてパ
ルス応答が悪くなり、受信信号を忠実に再現できなくな
って、分解能が低下するという問題が生じる。

【０００５】また、図８に示したように、図７のプリア
ンプ３０に代えて、アッテネータ（ＡＴＴ）付のプリア
ンプ３３を用い、浅場と深場に応じたＡＴＴオン／オフ
信号に従って受信信号を増幅するようにした従来例も知
られているが、この回路では、浅場と深場とでＬＯＧア
ンプ３２から出力される信号のレベルが異なるため、後
段の信号処理回路においてレベル差の補正が必要とな
り、信号処理が複雑になる。また、フィルタ３１に関し
ては、図７と同様の理由により帯域を狭くせざるを得な
いため、浅場でのパルス応答が悪くなるという問題があ
る。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するものであ
って、その課題とするところは、複雑な信号処理を必要
とせず、浅場と深場のいずれの場合にも良好な出力信号
が得られる水中探知装置の受信回路を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、帯域幅が狭く設定された第１の増幅回路
と、第１の増幅回路より帯域幅が広く設定された第２の
増幅回路と、受信信号が一定レベル以下の場合は、第１
の増幅回路からの出力を優先し、受信信号が一定レベル
を超える場合は、第２の増幅回路からの出力を優先する
優先回路とを設けたものである。

【０００８】このようにすることで、受信信号の強度が
弱い深場探知の場合は、第１の増幅回路によって増幅さ
れた出力が優先的に取り出され、第１の増幅回路は帯域
幅が狭く設定されていることから、その出力信号のＳＮ
比を高くとることができる。また、受信信号の強度が強
い浅場探知の場合は、第２の増幅回路によって増幅され
た出力が優先的に取り出され、第２の増幅回路は帯域幅
が広く設定されていることから、波形なまりのない良好
なパルス応答が得られ、受信信号を忠実に再現すること
ができる。したがって、浅場と深場のそれぞれの場合に
適合した出力信号を得ることができる。

【０００９】第１の増幅回路および第２の増幅回路は、
それぞれＬＯＧアンプとフィルタとで構成することがで
きる。典型的な実施形態としては、第１の増幅回路は、
第１のフィルタと、この第１のフィルタの後段に設けら
れた第１のＬＯＧアンプおよび第２のフィルタとを備え
ており、第２の増幅回路は、前記第１のフィルタと、こ
の第１のフィルタの後段に設けられた第２のＬＯＧアン
プとを備えている。第１の増幅回路における第１のＬＯ
Ｇアンプは、複数のＬＯＧアンプから構成してもよい。

【００１０】また、典型的な実施形態としては、優先回
路は、第１の増幅回路からの信号と第２の増幅回路から
の信号のうち、レベルの高い方の信号を優先して出力す
る高レベル優先回路として構成される。このような高レ
ベル優先回路としては、第１および第２の増幅回路から
の各出力のエンベロープを検出するエンベロープ検出回
路を用いることができる。なお、優先回路としては、第
１の増幅回路からの信号と第２の増幅回路からの信号と
を切り換えて出力する切換回路を用いることもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る受信回路の実
施形態を示したブロック図である。また、図２は、図１
の回路の後段に設けられる回路を示したブロック図であ
る。図１および図２の回路によって魚群探知機が構成さ
れる。

【００１２】図１において、１は船体に取り付けられた
超音波送受波器、２は送信動作と受信動作とを切り換え
るトラップ回路、３は超音波送受波器１に送信信号を与
える送信アンプである。４ないし１０は本発明の受信回
路を構成するブロックであって、４，６はフィルタ、
５，７，９はＬＯＧアンプ（対数増幅器）、８は抵抗
器、１０は高レベル優先回路である。

【００１３】受信回路の前段に設けられたフィルタ４
は、帯域幅がたとえば１０ＫＨｚのフィルタであって、
本発明における第１のフィルタを構成するものである。
このフィルタ４の後段には、ＬＯＧアンプ５と、フィル
タ６と、ＬＯＧアンプ７とが接続されている。ここで
は、フィルタ６はフィルタ４と同じものを用いており、
その帯域幅は１０ＫＨｚとなっている。ただし、フィル
タ６とフィルタ４とは同じものでなくてもよく、フィル
タ６としてフィルタ４より帯域幅の狭いものを用いても
よい。ＬＯＧアンプ５とＬＯＧアンプ７は、いずれも利
得がたとえば４０ｄＢのアンプであって、同じものを用
いている。したがって、２つのアンプの総合利得は８０
ｄＢとなっている。ただし、この場合も両アンプは同じ
ものでなくてもよく、たとえば一方が３０ｄＢで他方が
５０ｄＢのアンプであってもよい。ＬＯＧアンプ５とＬ
ＯＧアンプ７は、本発明における第１のＬＯＧアンプを
構成し、フィルタ６は、本発明における第２のフィルタ
を構成している。そして、フィルタ４、ＬＯＧアンプ
５、フィルタ６およびＬＯＧアンプ７によって、本発明
における第１の増幅回路Ａが構成される。

【００１４】また、フィルタ４の後段には、抵抗器８を
介してＬＯＧアンプ９が接続されている。ＬＯＧアンプ
９は、利得がたとえば２５ｄＢのアンプであって、本発
明における第２のＬＯＧアンプを構成する。そして、フ
ィルタ４、抵抗器８およびＬＯＧアンプ９によって、本
発明における第２の増幅回路Ｂが構成される。したがっ
て、第１の増幅回路Ａと第２の増幅回路Ｂとは、フィル
タ４を共用していることになる。抵抗器８は、ＬＯＧア
ンプ９の内部にある抵抗（図示省略）とともに、分圧回
路を形成するものである。

【００１５】上記からわかるように、第１の増幅回路Ａ
には２個のフィルタ４，６が存在するのに対し、第２の
増幅回路Ｂにはフィルタ４が１個存在するだけである。
今、フィルタ４が図３の（ａ）に示したような帯域特性
を有し、フィルタ６が（ｂ）に示したような帯域特性を
有しているものとすると、第１の増幅回路Ａにおける帯
域特性は、（ａ）と（ｂ）が合成された（ｃ）のような
特性となる。一方、第２の増幅回路Ｂにおける帯域特性
は、（ａ）に示した特性となる。したがって、第１の増
幅回路Ａは第２の増幅回路Ｂに比べて帯域幅が狭く設定
され、第２の増幅回路Ｂは第１の増幅回路Ａよりも帯域
幅が広く設定されていることになる。

【００１６】第１の増幅回路Ａを構成するＬＯＧアンプ
７の出力と、第２の増幅回路Ｂを構成するＬＯＧアンプ
９の出力は、それぞれ高レベル優先回路１０へ入力され
る。高レベル優先回路１０は、本発明における優先回路
を構成するものであって、入力された２つの信号のう
ち、レベルの高い方を優先して出力するものである。
今、ＬＯＧアンプ５とＬＯＧアンプ７とを合わせた入出
力特性が、図４（ａ）に示した一点鎖線のような特性で
あり、ＬＯＧアンプ９の入出力特性が破線のような特性
であるとした場合、高レベル優先回路１０の入出力特性
は図４（ｂ）のようになる。すなわち、受信信号レベル
が点Ｐに至るまでは、ＬＯＧアンプ５，７からの信号レ
ベルの方が高いので、高レベル優先回路１０はＬＯＧア
ンプ７からの信号を出力する。また、受信信号レベルが
点Ｐに至った以降は、ＬＯＧアンプ５，７の出力は飽和
状態となり、ＬＯＧアンプ９からの信号レベルの方が高
くなるので、高レベル優先回路１０はＬＯＧアンプ９か
らの信号を出力する。なお、ＬＯＧアンプ９の入出力特
性は、抵抗器８の抵抗値によって変化し、したがって、
点Ｐは抵抗器８の抵抗値によって決定される。

【００１７】このようにして、高レベル優先回路１０
は、一定レベル以下の受信信号が入力された場合（すな
わち深場の場合）は、第１の増幅回路ＡのＬＯＧアンプ
７からの信号を優先して出力し、一定レベルを超える受
信信号が入力された場合（すなわち浅場の場合）は、第
２の増幅回路ＢのＬＯＧアンプ９からの信号を優先して
出力する。なお、図４からわかるように、高レベル優先
回路１０は、第１および第２の増幅回路からの各出力の
エンベロープを検出していることになるから、エンベロ
ープ検出回路を用いて実現することができる。

【００１８】次に、図１の回路の動作を説明する。送信
アンプ３にキーイングパルスＫＰが与えられると、送信
アンプ３は送信側に切り換えられたトラップ回路２を介
して、超音波送受波器１にバースト波からなる送信信号
を供給する。送受波器１に送信信号が印加されると、振
動子（図示省略）が振動して、送受波器１から水中へ超
音波が送波される。送波された超音波は、水中の魚群や
水底で反射し、そのエコー信号が送受波器１で受波され
る。受波されたエコー信号は、受信側に切り換えられた
トラップ回路２を介して、フィルタ４以降の受信回路で
受信される。

【００１９】受信信号は、フィルタ４で雑音成分が除去
された後、ＬＯＧアンプ５、フィルタ６およびＬＯＧア
ンプ７に入力されるとともに、抵抗器８を介してＬＯＧ
アンプ９にも入力される。このとき、探知領域が深場で
あって受信信号のレベルが小さいとすると、図４（ａ）
で示したように、ＬＯＧアンプ７からの出力のほうが、
ＬＯＧアンプ９からの出力よりも大きいので、高レベル
優先回路１０は、ＬＯＧアンプ７の信号を出力する。こ
の信号は、直流変換されたＬＯＧ出力である。そして、
前述のように、フィルタ４、ＬＯＧアンプ５、フィルタ
６およびＬＯＧアンプ７から構成される第１の増幅回路
Ａの帯域幅は、２個のフィルタの介在によって狭くなっ
ているので、高レベル優先回路１０からは高いＳＮ比を
持った出力信号が得られる。

【００２０】一方、探知領域が浅場であって受信信号の
レベルが大きいとすると、図４（ａ）で示したように、
ＬＯＧアンプ９からの出力のほうが、ＬＯＧアンプ７か
らの出力よりも大きくなるので、高レベル優先回路１０
は、ＬＯＧアンプ９の信号を出力する。この信号も、直
流変換されたＬＯＧ出力である。そして、前述のよう
に、フィルタ４とＬＯＧアンプ９から構成される第２の
増幅回路Ｂの帯域幅は広くなっているので、受信信号に
波形なまりは発生せず、良好なパルス応答が得られる。
この結果、受信信号は後述する信号処理回路において忠
実に再現され、分解能を向上させることができる。

【００２１】このようにして、図１の実施形態によれ
ば、深場の場合の小信号入力時には、帯域幅が自動的に
狭くなるようにし、浅場の場合の大信号入力時には、帯
域幅が自動的に広くなるようにしたので、受信信号のレ
ベルに応じて最適の出力を得ることができる。また、従
来のような制御型のプリアンプやＡＴＴ付のプリアンプ
を用いていないため、複雑な信号処理が不要となる。

【００２２】高レベル優先回路１０の出力は、図２に示
したＡ／Ｄ変換器１１に入力され、ここでデジタル信号
に変換される。変換されたデジタル信号はＤＭＡ（Dire
ct Memory Access）回路１２により、ＳＲＡＭ１３に一
旦格納される。ＣＰＵ１４は、ＳＲＡＭ１３に格納され
たデジタル信号を読み出してこれを解析し、その結果に
基づいて表示データを生成する。この表示データはビデ
オメモリ１５に格納された後、表示部１６に魚群や水底
地形、水深などのデータとして表示される。なお、図２
において、１７は各種の設定や調整などを行う操作部、
１８はＣＰＵ１４が実行するプログラムなどを記憶した
ＲＯＭである。

【００２３】ところで、図１においては、第１の増幅回
路ＡにおけるＬＯＧアンプが、複数のＬＯＧアンプ５，
７から構成されており、それぞれのＬＯＧアンプ５，７
の前段にフィルタ４，６が設けられている。このように
したのは、電源などから発生するノイズが受信回路のい
たる箇所へ侵入する可能性があるため、フィルタの帯域
幅とＬＯＧアンプの利得幅とをバランスよく分割して配
置することにより、ＳＮ比の良い広ダイナミックな増幅
回路を実現するためである。ただし、これは好ましい実
施形態ではあるが、本発明にとって必須のことではな
い。したがって、図５に示したように、たとえば８０ｄ
ＢのＬＯＧアンプ７を１つだけ設けたものであってもよ
い。なお、図５において、フィルタ６はＬＯＧアンプ７
の後段に設けてもよい。

【００２４】また、図１においては、優先回路としてエ
ンベロープ検出方式による高レベル優先回路１０を用い
たが、これに代えて、図６に示したような受信信号レベ
ルに応じて切り換わるスイッチ２１を有する切換回路２
０を設け、この切換回路２０によって、第１の増幅回路
Ａからの信号と第２の増幅回路Ｂからの信号とを切り換
えて出力するようにしてもよい。

【００２５】さらに、上記実施形態においては、増幅器
としてＬＯＧアンプを用いたが、これ以外のアンプを用
いてもよい。また、本発明は魚群探知機以外にも、たと
えばＰＰＩソナーや潮流計のような水中探知装置に適用
することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、受信信号が小さい場合
は増幅回路の帯域幅を狭くし、受信信号が大きい場合は
増幅回路の帯域幅を広くするようにしたので、深場の探
知においてはＳＮ比の高い出力信号が得られ、浅場の探
知においては受信信号のパルス応答が良好となって分解
能を向上させることができる。また、複雑な信号処理を
必要とせずに簡単に実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る受信回路の実施形態を示したブロ
ック図である。

【図２】図１の回路の後段に設けられる回路を示したブ
ロック図である。

【図３】フィルタの帯域特性を示した図である。

【図４】高レベル優先回路の動作を説明する入出力特性
図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示したブロック図であ
る。

【図６】本発明の他の実施形態を示したブロック図であ
る。

【図７】従来例を示したブロック図である。

【図８】他の従来例を示したブロック図である。

【符号の説明】

１ 超音波送受波器 ４ フィルタ ５ ＬＯＧアンプ ６ フィルタ ７ ＬＯＧアンプ ９ ＬＯＧアンプ １０ 高レベル優先回路 ２０ 切換回路 Ａ 第１の増幅回路 Ｂ 第２の増幅回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戒田 英俊 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5J083 AA02 AB01 AC28 AE04 BA01 BE50 BE54 CA01 EB02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中に送波された超音波のエコー信号を受
   信して増幅する水中探知装置の受信回路であって、 帯域幅が狭く設定された第１の増幅回路と、 前記第１の増幅回路より帯域幅が広く設定された第２の
   増幅回路と、 受信信号が一定レベル以下の場合は前記第１の増幅回路
   からの信号を優先して出力し、受信信号が一定レベルを
   超える場合は前記第２の増幅回路からの信号を優先して
   出力する優先回路と、を備えたことを特徴とする水中探
   知装置の受信回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の水中探知装置の受信回路
   において、 第１の増幅回路および第２の増幅回路は、それぞれＬＯ
   Ｇアンプとフィルタとを含むことを特徴とする水中探知
   装置の受信回路。
3. 【請求項３】請求項２に記載の水中探知装置の受信回路
   において、 第１の増幅回路は、第１のフィルタと、この第１のフィ
   ルタの後段に設けられた第１のＬＯＧアンプおよび第２
   のフィルタとを備え、 第２の増幅回路は、前記第１のフィルタと、この第１の
   フィルタの後段に設けられた第２のＬＯＧアンプとを備
   えていることを特徴とする水中探知装置の受信回路。
4. 【請求項４】請求項３に記載の水中探知装置の受信回路
   において、 第１の増幅回路における第１のＬＯＧアンプが、複数の
   ＬＯＧアンプから構成されていることを特徴とする水中
   探知装置の受信回路。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の水中探知装置の受信回路において、 優先回路は、第１および第２の増幅回路からの各信号の
   うち、レベルの高い方の信号を優先して出力する高レベ
   ル優先回路であることを特徴とする水中探知装置の受信
   回路。
6. 【請求項６】請求項５に記載の水中探知装置の受信回路
   において、 高レベル優先回路は、第１および第２の増幅回路からの
   各出力のエンベロープを検出するエンベロープ検出回路
   からなることを特徴とする水中探知装置の受信回路。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の水中探知装置の受信回路において、 優先回路は、第１の増幅回路からの信号と第２の増幅回
   路からの信号とを切り換えて出力する切換回路からなる
   ことを特徴とする水中探知装置の受信回路。