JP2003202370A - 超音波送受信装置およびスキャニングソナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波信号の送受信による横方向または縦方
向の探知動作を短時間周期で行えるようにし、また、所
望の受信信号以外の受信信号による干渉を受けないよう
にした、超音波送受信装置およびスキャニングソナーを
構成する。 【解決手段】 送信ビームを形成する際、横方向または
縦方向へ異なった周波数の超音波送信ビームを形成す
る。受信ビーム形成時には、各送信ビームの送信周波数
に対応した周波数成分を抽出する。これにより、同時に
横方向または縦方向についての探知画像を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波の送受信
によって水中等を探知する超音波送受信装置およびスキ
ャニングソナーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水中にある物標を探知するためにスキャ
ニングソナーが用いられている。スキャニングソナー
は、周囲の全方位の物標を探知するために、図１に示す
ように、ほぼ円筒形のトランスデューサを備えている。
このトランスデューサの各振動子の駆動によって、全周
に向けて超音波の送信ビームを形成する。その際、トラ
ンスデューサの各振動子を駆動する信号には、各段ごと
に適当な遅延時間または位相差をもたせる制御を行う。
このことによって、垂直方向の指向性を所定角度に絞っ
た、所定ティルト角の傘型の送信ビームを形成する。ま
た、トランスデューサの円周方向（方位方向）に並ぶ所
定数の振動子を用いて、所定方位に受信ビームを形成
し、用いる振動子列の組の選択を切り換えることによっ
て、受信ビームの方位を順次回転させる。このことによ
って全方位に亘る探知を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスキャニングソ
ナーにおいては、所定ティルト角で全周囲方向に探知を
行う水平モードと、上記ティルト角を大きくして、略垂
直方向の扇形の断面を探知する垂直モードとが存在す
る。水平モードは、主に自船周囲の所定範囲内の物標を
探知する場合に用いられ、垂直モードは、主に自船の略
真下方向の所定幅に広がる範囲内の物標を探知する場合
に用いられる。

【０００４】上記水平モードと垂直モードは探知目的に
応じて、通常いずれかのモードが設定されるが、場合に
よっては、自船周囲の探知と共に自船の真下方向の探知
をも同時に行いたい場合がある。そのような用途のため
に、単一の表示画面内に水平モードの探知画像と、垂直
モードの探知画像を同時に表示する水平・垂直複合モー
ドというモードもある。

【０００５】しかし、従来のスキャニングソナーの探知
方法では、所定探知範囲に単一の周波数を使って超音波
パルスを送信し、物標などからの反射波を所定方位毎に
順次受信することによって、所定断面の探知画像を求め
るようにしたものである。したがって、水平モードの探
知画像のために、水平モード用の送信ビームの形成制御
および受信ビームの形成制御を行い、垂直モードの探知
のために、垂直モードのための送信ビームの形成制御お
よび受信ビームの形成制御を行う、といった動作を交互
に繰り返す必要があった。

【０００６】そのため探知画像の更新周期が遅くなり、
変化の早い探知画像が得られない。また、単一の表示画
面内に水平モードと垂直モードのそれぞれの探知画像を
表示しても、その二つの探知画像は、同時刻における、
または極近接した時刻における探知画像ではないので、
その時間的なずれに伴って水平モードの探知画像と垂直
モードの探知画像とを比較して判読する際に、両画像の
対応関係の把握が困難になる場合が生じる。

【０００７】上述の問題は、水平モードと垂直モードの
２つのモードにおける探知画像を同時に求める場合に限
らず、水平または水平から所定角度ティルトした方向で
ある横方向と、垂直または垂直から所定角度ティルトし
た方向である縦方向の物標を同時に、または近接した時
間内に、探知する場合にも生じる問題である。

【０００８】また、物標探知のための超音波信号の送受
信と、それとは別の目的で送信された超音波信号の受信
等を並行して行うような場合に、受信信号同士の干渉を
防止することが重要である。従来は、例えば潮流測定用
超音波信号の送受信や、魚群探知用超音波信号の送受信
を行うタイミングでは、スキャニングソナーとしての探
知動作を一時停止する制御を行っていた。しかし、これ
では、探知動作が間欠的になって、短時間周期での探知
ができなかった。

【０００９】この発明の目的は、超音波信号の送受信に
よる横方向または縦方向の探知動作を短時間周期で行え
るようにし、また、所望の受信信号以外の受信信号によ
る干渉を受けないようにした、超音波送受信装置および
スキャニングソナーを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の振動
子を配列したトランスデューサと、該トランスデューサ
の複数の振動子を駆動して、横方向または縦方向の複数
方向へ超音波の送信ビームを形成する送信ビーム形成手
段と、前記トランスデューサの複数の振動子が受けた信
号を制御して、受信ビームを形成する受信ビーム形成手
段と、を備え、前記横方向または縦方向の探知を行う超
音波送受信装置において、前記送信ビーム形成手段が、
前記送信ビーム毎に前記振動子の駆動周波数を異ならせ
て、所定送信周波数の送信ビームを形成し、前記受信ビ
ーム形成手段が、前記送信ビームの前記送信周波数に対
応した周波数成分を受信信号として抽出するようにした
ことを特徴とする。

【００１１】このように、１つのトランスデューサを用
いて、横方向または縦方向の複数方向に同時に送信ビー
ムを形成する。これらの複数方向に超音波送信ビームを
同時に形成しても、それぞれの周波数が異なっているた
め、また、送信信号の周波数に応じた周波数成分を受信
信号から抽出するようにしたため、横方向または縦方向
の複数方向からの反射信号を同時に受信しても相互干渉
の影響を受けない。

【００１２】また、この発明は、前記送信ビーム形成手
段が前記送信ビーム毎に異なる周波数信号を同時に送信
して送信ビームを形成することを特徴とする。このこと
により、送信ビーム形成期間（送信信号の送信期間）が
長くならず、単一の探知すべき方向へ送信ビームを形成
する期間と同じとなり、短い時間間隔で探知を行えるよ
うになる。

【００１３】また、この発明は、前記送信ビームの形成
手段が送信ビームの形成期間中に送信ビーム毎に時分割
して送信ビームを形成し、前記受信ビーム形成手段が、
送信ビームの形成期間に続く受信ビーム形成期間に受信
信号を抽出することを特徴とする。すなわち、ある１つ
の探査すべき方向へ送信ビームを形成し、その送信ビー
ム方向からの反射信号を受けるために受信ビームを形成
する、というシーケンスを複数の方向について順次行う
のではない。一連の送信ビームの形成期間中に、探知す
べき横方向または縦方向の複数方向へ送信ビームを順次
形成し、その送信ビームの形成期間に続く受信ビーム形
成期間に、それぞれの方向ごとの受信信号を抽出する。
そのため、探知時間間隔が長くならず、短期間周期で横
方向または縦方向の複数方向の探知を行えるようにな
る。しかもトランスデューサの各振動子は単一の周波数
で駆動されるため、送信パワーが犠牲にならず、遠距離
までの探知が可能となる。

【００１４】また、この発明は、前記送信ビーム形成手
段を、前記振動子に与えるべき駆動信号の波形をパルス
幅変調（ＰＤＭ：pulse-duration modulation ）した信
号として生成する手段と、該パルス幅変調された信号を
アナログ信号に変換するとともに増幅して前記振動子を
駆動する手段とから構成し、前記受信ビーム形成手段
を、前記振動子による受信信号を増幅し、ディジタル信
号に変換する手段と、前記ディジタル信号に対して、受
信ビームの方向を定める位相制御演算を施す手段と、前
記送信周波数の成分を抽出するフィルタ演算を施す手段
とから構成する。

【００１５】これにより、各振動子毎に設ける、振動子
の駆動回路へのデータ伝送が容易になり、且つノイズの
影響を受けにくくなる。また、各振動子の受信信号毎に
ディジタル信号を得るので、各振動子の受信信号の処理
部への伝送が容易になり、しかもディジタル演算によっ
て、位相制御およびフィルタリングを行うので、ノイズ
の影響を受けにくくなる。

【００１６】また、この発明は、複数の振動子を配列し
たトランスデューサと、該トランスデューサの複数の振
動子を駆動して、横方向または縦方向の複数方向へ超音
波の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、前記
トランスデューサの複数の振動子が受けた信号を制御し
て、受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、を備
え、前記横方向または縦方向の探知を行う超音波送受信
装置において、前記トランスデューサを、円筒面上また
は球面上に前記複数の振動子を配列したものとし、前記
送信ビーム形成手段を、前記振動子に与えるべき駆動信
号の波形をパルス幅変調した信号として生成する手段
と、該パルス幅変調された信号をアナログ信号に変換す
るとともに増幅して前記振動子を駆動する手段とから構
成することによって、前記送信ビーム毎に前記振動子の
駆動周波数を異ならせて、所定送信周波数の送信ビーム
を形成し、前記受信ビーム形成手段を、前記振動子によ
る受信信号を増幅し、ディジタル信号に変換する手段
と、前記ディジタル信号に対して、受信ビームの方向を
定める位相制御演算を施す手段と、前記送信周波数の成
分を抽出するフィルタ演算を施す手段とから構成するこ
とによって、前記送信ビームの前記送信周波数に対応し
た周波数成分を受信信号として抽出する。

【００１７】また、この発明のスキャニングソナーは、
上記超音波送受信装置と、該超音波送受信装置の送信制
御手段および受信制御手段の制御により、探査すべき方
位を順次走査して、各方位の受信信号から探知範囲の探
知画像データを求め、該探知画像データを表示する手段
とを備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】各図を参照して、この発明のスキ
ャニングソナーについて説明する。図１はスキャニング
ソナーに用いるトランスデューサの構成図である。図１
に示すように、トランスデューサ１は、１段６４列、５
段の合計３２０個の超音波振動子Ａｉｊ（ｉ＝１〜６
４、ｊ＝１〜５）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。

【００１９】図２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
信ビームを示している。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。

【００２０】図３は受信ビームについて示す図である。
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。

【００２１】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。

【００２２】図４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、ＴＢは傘型の送信ビ
ーム、ＲＢはペンシル型の受信ビームである。上記トラ
ンスデューサ１の列方向の複数の振動子の組を６４組と
すれば、方位方向に６４本の分解能で受信ビームＲＢを
形成することができる。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ＴＢ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。

【００２３】図４において、送信ビームを水平（θ＝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、横方向の探知を行う。

【００２４】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。

【００２５】図５は、上記トランスデューサを用いて、
縦方向の探知を行う例について示す図である。図５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。
（Ａ）は円筒形のトランスデューサ１を用いた場合の
例、（Ｂ），（Ｃ）は球形のトランスデューサ１′を用
いた例である。

【００２６】このように、縦方向の探知では、縦方向に
扇状に広がる範囲を探知する。但し、円筒形のトランス
デューサ１を用いた場合には、真下方向へは送信ビーム
および受信ビームを形成できないので、真下付近は探知
対象外となる。なお、図５（Ｃ）は、球形のトランスデ
ューサ１′を用い、真下方向から水平方向までの９０°
分について探知する例である。

【００２７】このように、図５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、ペンシル型の受信ビームのテ
ィルト角を順次高速に変化させることにより、すなわち
受信ビームの走査を行うことによって、縦方向の探知行
う。

【００２８】図６は、スキャニングソナーの送受信チャ
ンネルの構成を示すブロック図である。図６において、
ドライバ回路１２は、インターフェース２０，１１を介
して、後述する制御部から与えられたパルス幅変調され
た２値送信信号をアナログ信号に変換する。ＴＸ増幅回
路１３は、その送信信号を増幅し、送受切替回路１４を
介して振動子１０を駆動する。送受切替回路１４は、送
信期間にＴＸ増幅回路１３の出力信号を振動子１０へ導
き、受信期間に、振動子１０が出力した信号をプリアン
プ１５へ受信信号として導く。プリアンプ１５は、この
受信信号を増幅し、バンドパスフィルタ１６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／Ｄコ
ンバータ１７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、ディジタルデータ列
に変換する。

【００２９】上記の部分で送受信チャンネル１００を構
成する。この送受信チャンネルを、１００ａ，１００
ｂ，・・・１００ｎで示すように、振動子１０の数だけ
設けている。

【００３０】図７は、図６に示した複数の送受信チャン
ネル１００を用いて送信ビームおよび受信ビームを形成
するとともに、所定探知範囲の探知画像を生成するため
のブロック図である。図７におけるインターフェース２
０は、図６に示したインターフェース２０のことであ
る。図７において、２６はプログラマブル送信ビーム形
成制御部である。このプログラマブル送信ビーム形成制
御部２６は、送信信号生成回路２１、波形メモリ２４お
よびＴＸ−ＤＳＰ２５を含んでいる。送信信号生成回路
２１には、タイミングジェネレータ２２と係数テーブル
２３とを設けている。この送信信号生成回路２１は、Ｆ
ＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）からなる。
タイミングジェネレータ２２は、送信信号の生成タイミ
ングの基準となる信号を発生する。係数テーブル２３は
振動子各チャンネルに与える遅延量，ウエイト値（こら
れはＴＸ−ＤＳＰ２５が計算して求める。）を予め書き
込んだものである。波形メモリ２４は送信信号の基本と
なる波形を一時記憶するメモリである。ＴＸ−ＤＳＰ２
５は送信信号生成用ＤＳＰ（ディジタル信号処理器）で
ある。このＴＸ−ＤＳＰ２５は、ＰＤＭによるパルス幅
変調した２値の波形データを生成し、これを波形メモリ
２４に書き込む。また、このＴＸ−ＤＳＰ２５は、送信
毎に係数テーブル２３の内容を計算し、更新する。送信
信号生成回路２１は、波形メモリ２４から波形データを
読み出し、係数テーブル２３を参照し、インターフェー
ス２０を介して、パルス幅変調された２値送信信号を、
送受信チャンネル１００へ与える。

【００３１】バッファメモリ２７は、インタフェース２
０を介して各チャンネルからの受信データを一時記憶す
るメモリである。２８はプログラマブル受信ビーム形成
制御部であり、ＲＸ−ＤＳＰ２９、係数テーブル３０、
および受信ビーム形成演算部３１とから構成している。
ＲＸ−ＤＳＰ２９は、各受信ビーム毎に各振動子による
受信信号の位相とウエイトを計算し、係数テーブル３０
へ書き込む。受信ビーム形成演算部３１は、各振動子の
受信信号に対して係数テーブル３０に書き込まれた位相
とウエイトの計算を行って合成することにより合成受信
信号を得る。この合成受信信号をビーム毎の時系列デー
タとして求め、これをバッファメモリ３２へ書き込む。
この受信ビーム形成演算部３１は、ＦＰＧＡからなる。

【００３２】上述の例では、複数の振動子が受けた信号
を位相制御して、所定方向へ受信ビームを形成するよう
にしたが、各振動子の信号を遅延させる遅延回路をを設
ける遅延方式によってもよい。また、受信信号に予めド
ップラシフトをもたせ、受信信号にマッチドフィルタを
かけることによって受信ビームの方向を制御するマッチ
ドフィルタ方式によってもよい。

【００３３】３３はプログラマブルフィルタであり、フ
ィルタＤＳＰ３４、係数テーブル３５、およびフィルタ
演算部３６から構成している。フィルタ演算部３６はＦ
ＰＧＡからなる。フィルタＤＳＰ３４は、ビーム毎に所
定の通過帯域フィルタ特性を得るためのフィルタ係数を
計算し、それを係数テーブル３５へ書き込む。フィルタ
演算部３６は係数テーブル３５の係数を基にＦＩＲ（Fi
nite Impulse Response ）フィルタとしての演算を行
い、帯域処理済受信信号を求める。

【００３４】エンベロープ検出部４０は、各受信ビーム
の帯域処理済受信信号のエンベロープ（包絡線）を検出
する。具体的には、時間波形の実数成分の二乗と虚数成
分の二乗との和の平方根を求めることにより検出する。

【００３５】イメージ処理部４１は、各受信ビームの各
距離における受信信号強度をイメージ情報化してディス
プレイ４２へ出力する。これによりディスプレイ４２に
所定探知範囲の探知画像を表示する。

【００３６】操作部３９は、探知範囲のティルト角等の
指示等を行う入力部である。ホストＣＰＵ３７は、イン
ターフェース３８を介して操作部３９の指示内容を読み
取り、上述した各部の制御を行う。

【００３７】図８は図６に示したドライバ回路１２の構
成を示す回路図である。また図９はその各部の波形図で
ある。図８において、Ｑａ〜ＱｄはそれぞれＭＯＳトラ
ンジスタ、ＬｓはトランジスタＱａ，Ｑｂのゲートに対
して所定レベルのゲート電圧を出力するレベルシフト回
路、ＩはトランジスタＱｃ，Ｑｄのゲートに対するゲー
ト電圧を出力するインバータ回路（ＮＯＴゲート）であ
る。また、Ｄｉは各トランジスタＱａ〜Ｑｄのターンオ
フ時にドレイン−ソース間に生じるサージ電圧を吸収す
るためのダイオードである。

【００３８】図８において、ＩＮ１，ＩＮ２に対して矩
形波信号を入力することにより、Ａ〜Ｄで示す各点の電
圧信号は、図９に示すようになる。信号Ａ〜Ｄがハイレ
ベルの時、それをゲート電圧とするトランジスタＱａ〜
Ｑｄが導通し、信号Ａ〜Ｄがローレベルの時、トランジ
スタＱａ〜Ｑｄは遮断状態となる。従って、出力端子Ｏ
ＵＴ１，ＯＵＴ２からは、図９に示すような電圧信号が
出力される。この２つの出力電圧ＯＵＴ１とＯＵＴ２の
差の電圧（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）が出力信号として得ら
れる。

【００３９】入力信号ＩＮ１，ＩＮ２のオンデュティー
比を大きくすれば、トランジスタＱａ，Ｑｂのオン期間
が長くなり、（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）の正電圧期間およ
び負電圧期間、すなわち０ボルト以外の期間が長くな
る。このことによってパルス幅変調の復調が行われる。

【００４０】図９において、（ａ）〜（ｄ）は、（ＯＵ
Ｔ１−ＯＵＴ２）の出力波形と、それを平滑化した波形
との関係を示している。（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）の波形
が（ａ）に示す時、その平滑信号は（ｂ）のようにな
る。また（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）の波形が（ｃ）である
時、その平滑信号は（ｄ）のようになる。このようにし
て、入力信号ＩＮ１，ＩＮ２のオンデュティー比に略比
例した振幅の正弦波信号が得られる。

【００４１】図１０はスキャニングソナーの探知動作時
のタイミングチャートを示すものである。図１０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。この例では周波数ｆ１（例えば２
３ｋＨｚ）の送信信号を水平モードのための送信信号と
し、周波数ｆ２（例えば２５ｋＨｚ）の信号をＶモード
のための送信信号として出力する。この２つの送信信号
は送信ビーム形成期間中に相次いで送信する。

【００４２】「受信Ａ／Ｄデータ」は、図６に示したＡ
／Ｄコンバータ１７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。「ＲＸＢＭＦ出力」は、図７に示し
たプログラマブル受信ビーム形成制御部２８の処理によ
って、横方向の探知を行うＨモードの受信ビームと、縦
方向の探知を行うＶモードの受信ビームをそれぞれ形成
する。プログラマブル受信ビーム形成制御部２８が１２
８本の受信ビームを形成する能力がある場合、Ｈモード
用に６４本、Ｖモード用に６４本のビームを割り当て
て、Ｈモードについては、全周囲方向に６４本の受信ビ
ームを形成し、Ｖモードについては、所定角度範囲に６
４本の受信ビームを形成する。

【００４３】「フィルタ出力」は、上記各受信ビームに
ついてＨモード用とＶモード用にそれぞれ応じた周波数
フィルタリングを行う。すなわちＨモード用の受信ビー
ムの信号を抽出するために、２３ｋＨｚを中心周波数と
する所定帯域幅の周波数成分を抽出する。また、Ｖモー
ドの受信ビームの信号を抽出するために、２５ｋＨｚを
中心とする所定周波数帯域の周波数成分を抽出する。

【００４４】「描画処理」は、このようにして求めた両
モードの受信ビームについて図７に示したエンベロープ
検出部４０でエンベロープを検出し、イメージ処理部４
１でＨモードおよびＶモードの画像データを生成し、こ
れをディスプレイ４２に表示する。

【００４５】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つのシーケンスとして、これ
を繰り返す。尚、ｆ１で示すＨモード用の送信信号と、
ｆ２で示すＶモード用の送信信号とは送信タイミングが
異なっているので、ＨモードとＶモードの描画処理時に
は、その時間差分の補正を行う。

【００４６】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良い。図１１はその場合
の例について示している。図１１においてｆ１，ｆ２は
横方向と縦方向へ送信ビームを形成する送信信号であ
る。ｆ１＋ｆ２は両信号の合成信号を波形として表して
いる。例えば、ｆ１をＨモードのための信号、ｆ２をＶ
モードのための信号とすれば、このような１回の送信信
号の送信で、ＨモードとＶモードの探知画像を形成する
ことができる。

【００４７】以上に示した例では、ＨモードとＶモード
の２つのモードについて探知を行う場合について説明し
たが、例えばＨモードだけについても、ティルト角の異
なった複数の断面について同時に探知を行う場合にも同
様に適用できる。

【００４８】例えば、図１２は、ティルト角の異なった
３つの横方向の送信ビームを同時に形成した例を示して
いる。これら３つの送信ビームＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、送
信周波数が異なっていて、受信ビームの形成の際に、３
つの送信ビームＨ１，Ｈ２，Ｈ３の送信周波数に対応し
た周波数成分をそれぞれ受信信号として抽出する。

【００４９】図１０に示したように、送信ビーム毎に異
なった周波数の送信信号を時分割して送信する場合に
は、周波数の異なった３つのトーンバースト波を順次送
信することになる。また、図１１に示したように、複数
の送信信号の合成信号を送信する場合には、周波数の異
なった３つのトーンバースト波を合成した合成信号を送
信することになる。このことにより、３つの送信ビーム
の断面について同時に探知を行うことができる。４つ以
上の送信ビームを形成する場合についても同様である。

【００５０】また、例えば、図１３は、方位角の異なっ
た２つの縦方向の送信ビームを同時に形成した例を示し
ている。これら２つの送信ビームＶ１，Ｖ２は、送信周
波数が異なっていて、受信ビームの形成の際に、２つの
送信ビームＶ１，Ｖ２の送信周波数に対応した周波数成
分をそれぞれ受信信号として抽出する。

【００５１】このことにより、２つの縦方向の送信ビー
ムの断面について同時に探知を行うことができる。３つ
以上の送信ビームを形成する場合についても同様であ
る。

【００５２】また、例えば、図１４は、方位角の異なっ
た２つの縦方向の送信ビームＶ１，Ｖ２と、１つの横方
向の送信ビームＨ１とを同時に形成した例を示してい
る。これら３つの送信ビームＶ１，Ｖ２，Ｈ１は、送信
周波数がそれぞれ異なっていて、受信ビームの形成の際
に、３つの送信ビームＶ１，Ｖ２，Ｈ１の送信周波数に
対応した周波数成分をそれぞれ受信信号として抽出す
る。

【００５３】このことにより、２つの縦方向の送信ビー
ムＶ１，Ｖ２の断面と、１つの横方向の送信ビームＨ１
の断面について同時に探知を行うことができる。図１４
に示した例では、２つの縦方向の断面を表示する画面内
にそれぞれ魚群が表示され、且つ１つの横方向の断面を
表示する画面内に２つの魚群が表示される。

【００５４】また、以上の例は、ある広がりをもった送
信ビーム内を受信ビームで走査することにより、送信ビ
ームによる断面内の探知画像を得る場合について示した
が、本発明は、このような探知画像の形成のための超音
波信号の送受信に限らない。例えば、潮流測定用超音波
信号の送受信や、魚群探知用超音波信号の送受信を、ス
キャニングソナーとしての探知動作と並行して行う場合
にも有効である。すなわち、潮流測定用超音波信号の送
受信や、魚群探知用超音波信号の送受信と、スキャニン
グソナー方式の探知のための送受信とを、超音波信号の
周波数を異なったものとすることにより、これらを同時
に行うようにしてもよい。

【００５５】なお、例えば、ネットゾンデやネットレコ
ーダなどの他の超音波信号送信装置からの信号を受信す
る場合に、物標探知のための送受信信号の周波数を、上
記超音波信号送信装置から送信される信号の周波数とは
変えておくことにより、干渉なしに探知を行えるように
なる。

【００５６】

【発明の効果】この発明によれば、送信ビーム形成手段
が、横方向および縦方向ごとに振動子の駆動周波数を異
ならせて、送信周波数の送信ビームを形成し、受信ビー
ム形成手段が、送信ビームの送信周波数に対応した周波
数成分を受信信号として抽出するようにしたため、複数
の超音波送信ビームを同時に形成しても、複数の送信信
号を同時に受信することによる相互干渉の影響を受けな
い。

【００５７】また、この発明によれば、送信ビーム形成
手段が横方向および縦方向へ同時に送信ビームを形成す
ることにより、送信ビーム形成期間が長くならず、短時
間間隔で探知を行えるようになる。

【００５８】また、この発明によれば、送信ビームの形
成手段が送信ビームの形成期間中に横方向と縦方向とで
時分割して送信ビームを形成し、受信ビーム形成手段
が、送信ビームの形成期間に続く受信ビーム形成期間に
受信信号を抽出することにより、探知時間間隔が長くな
らず、短期間周期で横方向と縦方向の探知を行えるよう
になる。しかもトランスデューサの各振動子は単一の周
波数で駆動されるため、送信パワーが犠牲にならず、遠
距離までの探知が可能となる。

【００５９】また、この発明によれば、振動子に与える
べき駆動信号の波形をパルス幅変調した信号として生成
する手段と、該パルス幅変調された信号をアナログ信号
に変換するとともに増幅して前記振動子を駆動する手段
とを設けて、送信ビームを形成するようにしたので、各
振動子毎に設ける、振動子の駆動回路へのデータ伝送が
容易になり、且つノイズの影響を受けにくくなる。さら
に、振動子による受信信号を増幅し、ディジタル信号に
変換する手段と、該ディジタル信号に対して、受信ビー
ムの方向を定める位相制御演算を施す手段と、送信周波
数の成分を抽出するフィルタ演算を施す手段とを設け
て、受信ビームを形成するようにしたので、各振動子の
受信信号毎にディジタル信号を得ることになり、各振動
子の受信信号の処理部への伝送が容易となり、しかもデ
ィジタル演算によって、位相制御およびフィルタリング
を行うので、ノイズの影響を受けにくくなる。

【００６０】また、この発明によれば、超音波送受信装
置と、該超音波送受信装置の送信制御手段および受信制
御手段の制御により、探査すべき方位を順次走査して、
各方位の受信信号から探知範囲の探知画像データを求
め、表示することにより、短時間周期で且つ実質上同時
刻における複数の探知方向の探知画像を容易に把握でき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トランスデューサの構成例を示す斜視図

【図２】送信ビームの形成を説明するための図

【図３】受信ビームの形成を説明するための図

【図４】送信ビーム、受信ビーム、および探知範囲の関
係を示す図

【図５】縦方向探知時の探知範囲の例を示す図

【図６】スキャニングソナーの送受信チャンネルの構成
を示すブロック図

【図７】同スキャニングソナーの送受信チャンネルの制
御を行う制御部のブロック図

【図８】図６におけるドライバ回路の構成を示す図

【図９】図８各部の波形図

【図１０】スキャニングソナーにおけるタイミングチャ
ート

【図１１】２つの周波数信号を多重化した送信信号の例
を示す図

【図１２】ティルト角の異なった３つの横方向の送信ビ
ームを同時に形成した例を示す図

【図１３】方位角の異なった２つの縦方向の送信ビーム
を同時に形成した例を示す図

【図１４】方位角の異なった２つの縦方向の送信ビーム
Ｖ１，Ｖ２と、１つの横方向の送信ビームＨ１とを同時
に形成した例を示す図

【符号の説明】

１，１′−トランスデューサ １０−振動子 ２１−送信信号生成回路 ２６−プログラマブル送信ビーム形成制御部 ２８−プログラマブル受信ビーム形成制御部 ３３−プログラマブルフィルタ １００−送受信チャンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小篠 史郎 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 AC04 AC12 AC18 AC29 AC30 AD04 AD15 BA02 BA05 BA09 BC02 BD12 BE54 CA01 CA12

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の振動子を配列したトランスデュー
   サと、該トランスデューサの複数の振動子を駆動して、
   横方向または縦方向の複数方向へ超音波の送信ビームを
   形成する送信ビーム形成手段と、 前記トランスデューサの複数の振動子が受けた信号を制
   御して、受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、 を備え、前記横方向または縦方向の探知を行う超音波送
   受信装置において、 前記送信ビーム形成手段が、前記送信ビーム毎に前記振
   動子の駆動周波数を異ならせて、所定送信周波数の送信
   ビームを形成し、 前記受信ビーム形成手段が、前記送信ビームの前記送信
   周波数に対応した周波数成分を受信信号として抽出する
   ようにした超音波送受信装置。
2. 【請求項２】 前記送信ビーム形成手段は、前記送信ビ
   ーム毎に異なる周波数信号を同時に送信して送信ビーム
   を形成するようにした請求項１に記載の超音波送受信装
   置。
3. 【請求項３】 前記送信ビーム形成手段は、送信ビーム
   の形成期間中に前記送信ビーム毎に時分割して送信ビー
   ムを形成し、前記受信ビーム形成手段は、前記送信ビー
   ムの形成期間に続く受信ビーム形成期間に受信信号を抽
   出するようにした請求項１に記載の超音波送受信装置。
4. 【請求項４】 前記複数方向への送信ビームは、それぞ
   れティルト角の異なった複数の横方向へ向く送信ビーム
   である請求項１、２または３に記載の超音波送受信装
   置。
5. 【請求項５】 前記複数方向への送信ビームは、横方向
   へ向く送信ビームと、縦方向へ向く送信ビームである請
   求項１、２または３に記載の超音波送受信装置。
6. 【請求項６】 前記横方向へ向く送信ビームは、ティル
   ト角の異なる複数の送信ビームである、または、前記縦
   方向へ向く送信ビームは、方位角の異なる複数の縦方向
   へ向く送信ビームである、請求項５に記載の超音波送受
   信装置。
7. 【請求項７】 前記送信ビーム形成手段は、前記振動子
   に与えるべき駆動信号の波形をパルス幅変調した信号と
   して生成する手段と、該パルス幅変調された信号をアナ
   ログ信号に変換するとともに増幅して前記振動子を駆動
   する手段とから構成し、 前記受信ビーム形成手段は、前記振動子による受信信号
   を増幅し、ディジタル信号に変換する手段と、前記ディ
   ジタル信号に対して、受信ビームの方向を定める位相制
   御演算を施す手段と、前記送信周波数の成分を抽出する
   フィルタ演算を施す手段とから構成した、請求項１〜６
   のいずれかに記載の超音波送受信装置。
8. 【請求項８】 複数の振動子を配列したトランスデュー
   サと、該トランスデューサの複数の振動子を駆動して、
   横方向または縦方向の複数方向へ超音波の送信ビームを
   形成する送信ビーム形成手段と、 前記トランスデューサの複数の振動子が受けた信号を制
   御して、受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、 を備え、前記横方向または縦方向の探知を行う超音波送
   受信装置において、 前記トランスデューサは、円筒面上または球面上に前記
   複数の振動子を配列したものであり、 前記送信ビーム形成手段は、前記振動子に与えるべき駆
   動信号の波形をパルス幅変調した信号として生成する手
   段と、該パルス幅変調された信号をアナログ信号に変換
   するとともに増幅して前記振動子を駆動する手段とから
   なり、前記送信ビーム毎に前記振動子の駆動周波数を異
   ならせて、所定送信周波数の送信ビームを形成し、 前記受信ビーム形成手段は、前記振動子による受信信号
   を増幅し、ディジタル信号に変換する手段と、前記ディ
   ジタル信号に対して、受信ビームの方向を定める位相制
   御演算を施す手段と、前記送信周波数の成分を抽出する
   フィルタ演算を施す手段とからなり、前記送信ビームの
   前記送信周波数に対応した周波数成分を受信信号として
   抽出する超音波送受信装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の超音波
   送受信装置と、該超音波送受信装置の受信ビーム形成手
   段の制御により、前記送信ビーム内での探知すべき方位
   を順次走査して、各方位の受信信号から、前記送信ビー
   ムが形成する方向の探知画像データを求め、該探知画像
   データを表示する手段とを備えたスキャニングソナー。