JP2856178B2

JP2856178B2 - 水中画像ソーナー

Info

Publication number: JP2856178B2
Application number: JP28993696A
Authority: JP
Inventors: 宏之森岡
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH10132930A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水中画像ソーナーに
係り、特にクロスファンビームを使用し、送波音が目標
に当って発生する反射音を受信処理し目標の正面画像を
得る水中画像ソーナーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、クロスファンビームを使用
し、送波音が目標に当って発生する反射音を受信処理し
目標の正面画像を得る水中画像ソーナーは種々提案され
ている（例えば、特開昭５９−３００７８号公報、特開
平８−５７２８号公報など）。

【０００３】図１１は上記の特開平８−５７２８号公報
に開示されている、従来の水中画像ソーナーの一例のブ
ロック図を示す。同図において、送波音を水中に発信す
るＮ個の送波器１０₁〜１０_Nは直線状に配置されてお
り、また水中の目標から反射した反射音を受波するＭ個
の受波器１１₁〜１１_Mも図２に示すように直線状に、か
つ、送波器１０₁〜１０_Nの配置列と十字形となるように
直交配置されており、いわゆるクロスアレイを構成して
いる。

【０００４】送信時の動作について説明する。タイミン
グ制御回路２５から出力された送信タイミング信号２５
１は、移相／周波数制御回路１３に供給され、ここで周
波数及び送波のビーム方向を図１３（Ａ）及び（Ｂ）に
示すような周波数データ１４３及び移相データ１４４に
変換される。

【０００５】周波数データ１４３は送信パルス発生回路
１５に供給され、ここで各周波数毎にパルス変調され、
励振信号１５２となる。この励振信号１５２は、図１２
（Ｂ）に示すように、周波数Ｆ１〜Ｆｘで期間ＰＷ’の
間持続する信号Ｐ１〜Ｐｘが、時間間隔Δｔをおいて時
系列的に合成された一周期ＰＷのバースト信号である。
この励振信号１５２はそれぞれ可変移相回路１２₁〜１
２_Nに供給される。

【０００６】この可変移相回路１２₁〜１２_Nは、水中の
目標が存在する方向に送波ビームを向けるために必要な
移相量を与えるために、入力励振信号１５２の位相を、
移相／周波数制御回路１３よりの移相データ１４４に応
じてシフトし、その励振信号を電力増幅器１１₁〜１１_N
で電力増幅させた後、対応する送波器１０₁〜１０_Nに印
加し、これを励振駆動する。これにより、送波器１０₁
〜１０_Nからはそれぞれ送信音１が水中に放射される。
図１２（Ａ）は送信音１の出力状況を示す。同図に示す
ように、周波数Ｆ１、Ｆ２、．．．、Ｆｘの各パルス
は、それぞれビーム角度θ１、θ２、．．．、θｘの各
方向に送信される。

【０００７】次に、受信動作について説明する。水中目
標からの反射音２は受波器２０₁〜２０_Mでそれぞれ受波
され、電気信号である受波信号２０２に変換された後、
増幅回路２１₁〜２１_Mで別々に増幅されてから対応する
周波数分離回路２２₁〜２２_Mに入力される。周波数分離
回路２２₁〜２２_Mはそれぞれ周波数Ｆ１〜Ｆｘを分離し
て各受波器毎の周波数別の周波数分離信号２２２を画像
再生処理装置２３に入力する。

【０００８】図１４は画像再生処理装置２３による画像
再生処理の詳細を示す。画像再生処理装置２３では、各
受波器２０₁〜２０_Mからの周波数Ｆ１信号を処理し、周
波数Ｆにおける各受波ビーム方向１〜ａのレベルを検出
する。また、画像再生処理装置２３は、各受波器２０₁
〜２０_Mからの周波数Ｆ２、Ｆ３、．．．、Ｆｘ信号に
ついても同様に処理し、垂直方向にｘ個、水平方向にａ
個のレベルデータを算出し、画像データ２３２として表
示器２６に出力する。表示器２６ではレベルを輝度に置
き換え、図１５のように表示する。

【０００９】また、従来の水中画像ソーナーの他の例と
して、特開昭５９−３００７８号公報記載のものも知ら
れているが、このものは、円周上に配置された送受波器
で複数のクロスファンビームを作り、それを１ステープ
毎にずらして全周の物体を短時間で捜索する構成であ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図１１に示
した従来の水中画像ソーナーでは、周波数Ｆ１〜Ｆｘの
ｘ個のパルスを励振信号として用い、送波方向を図１２
に示すようにθ１、θ２、．．．、θｘとしているため
に、ビーム幅θ’毎のデータしか得られず、また、周波
数分離回路２２₁〜２２_Mのフィルタ特性も固定されてい
るため、目標の特定部分を抽出し、垂直方向の分解能を
上げることができないという問題がある。また、特開昭
５９−３００７８号公報記載の従来の水中画像ソーナー
でも、特定部分の目標を抽出し、垂直方向の分解能を向
上することができない。

【００１１】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
クロスファンビームを用いた水中画像ソーナーにおい
て、正面像の垂直方向の表示範囲を選択できると共に、
垂直方向の分解能を向上し得る水中画像ソーナーを提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は水中に送波音を放射する複数の送波器と、
送波音が目標により反射されて得られた反射音を受波し
て電気信号に変換する複数の受波器と、複数の送波器か
ら放射される送波音のビーム方向を一定方向に走査させ
ると共に、走査に同期して送波音の周波数を第１の周波
数から第２の周波数まで漸次連続的に変化させる送波器
励振手段と、複数の受波器のうち対応する受波器から出
力された受信信号を受け、第１の周波数から第２の周波
数までの間の周波数範囲内の第３の周波数から第４の周
波数までの周波数範囲をｘ（ｘは２以上の整数）分割し
たとき、各分割周波数成分を周波数選択するｘ個のフィ
ルタを有し、複数の受波器のそれぞれに対応して設けら
れた複数の周波数分離回路と、複数の周波数分離回路の
出力信号を受け、各分割周波数成分毎に複数の受波器の
受波ビーム方向のレベル検出を行い、画像データを生成
する画像再生処理装置と、画像データを表示する表示器
と、第３及び第４の周波数を任意に設定すると共に、設
定した第３及び第４の周波数に応じて各周波数分離回路
内のｘ個のフィルタの各中心周波数と帯域幅をそれぞれ
可変制御する制御手段とを有する構成としたものであ
る。

【００１３】ここで、複数の送波器は直線状に配置さ
れ、かつ複数の受波器も直線状に、かつ、複数の送波器
の配置列と十字形となるように直交配置されており、交
差する部分のみ送波機能と受波機能の両方を有する送受
波器で構成されている。

【００１４】本発明では、複数の送波器から放射される
送波音のビーム方向を一定方向に走査させると共に、走
査に同期して送波音の周波数を第１の周波数から第２の
周波数まで漸次連続的に変化させ、受波側では第１の周
波数から第２の周波数までの間の周波数範囲内の第３の
周波数から第４の周波数までの周波数範囲をｘ（ｘは２
以上の整数）分割したとき、受信信号の各分割周波数成
分をｘ個のフィルタで周波数選択し、各分割周波数成分
毎に複数の受波器の受波ビーム方向のレベル検出を行
い、画像データを生成するようにしており、また、上記
の第３及び第４の周波数は任意に設定され、各周波数分
離回路内のｘ個のフィルタの各中心周波数と帯域幅をそ
れぞれ可変制御するようにしているため、反射音の特定
周波数成分、つまり特定角度範囲を上記の第３及び第４
の周波数の設定により任意に設定できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になる水中画像ソ
ーナーの一実施の形態のブロック図を示す。同図中、図
１１と同一構成部分には同一符号を付してある。図１に
示す実施の形態は、送信側に掃引制御回路１４を設け、
受信側に画像制御回路２７とそれによりフィルタ特性が
制御される周波数分離回路２８₁〜２８_Mを設け、使用す
る周波数範囲を広くとるように構成したものである。な
お、この周波数範囲で送波器１０₁〜１０_Nの送波感度と
受波器２０₁〜２０_Mの受波感度はなるべく均一であるこ
とが望ましい。

【００１６】また、送波音を水中に発信するＮ個の送波
器１０₁〜１０_Nは直線状に配置されており、水中の目標
から反射した反射音を受波するＭ個の受波器１１₁〜１
１_Mも図２に示すように直線状に、かつ、送波器１０₁〜
１０_Nの配置列と十字形となるように直交配置されてい
る点は従来と同じである。なお、図２にＯで示した中央
の１個のみは、送波機能と受波機能の両方を有する送受
波器で、送信時は送波器として、また受信時は受波器と
して切り換えて使用される点も従来と同じである。な
お、Ｎ個の送波器１０₁〜１０_Nからなる送波器群を１０
で、また、Ｍ個の受波器１１₁〜１１_Mからなる受波器群
を２０で示す。

【００１７】次に、この実施の形態の動作について説明
する。タイミング制御回路２５は、送信タイミング信号
２５１を掃引制御回路１４と送信パルス発生回路１５に
それぞれ出力する。掃引制御回路１４は、図３に示すよ
うに、時間ＰＷにわたって送信音の周波数をＦ１’から
Ｆ２’まで直線的に変化させる周波数データ１４２を発
生して送信パルス発生回路１５へ出力すると共に、図４
に示すように、時間ＰＷにわたって送波ビーム方向を＋
θ度から−θ度まで直線的に垂直方向に変化させる移相
データ１４１を発生する。

【００１８】送信パルス発生回路１５は、上記の送信タ
イミング信号２５１と周波数データ１４２とを入力信号
として受け、図５に示すように、持続期間ＰＷで、周波
数がＦ１’からＦ２’へ連続的に変化する振幅一定のバ
ースト波を示す励振信号１５１を発生し、これをＮ個の
送波器１０₁〜１０_Nに対応してＮ個設けられている可変
移相回路１２₁〜１２_Nにそれぞれ供給する。

【００１９】可変移相回路１２₁〜１２_Nは上記の励振信
号１５１の位相を、掃引制御回路１４から入力される移
相データ１４１により、時間ＰＷにわたって送波器群１
０による送波ビーム方向を＋θ度から−θ度まで直線的
に垂直方向に変化させるための移相処理を行い、この移
相処理後の励振信号を送信信号１２１として電力増幅回
路１１₁〜１１_Nに出力し、ここで電力増幅させた後対応
する送波器１０₁〜１０_Nに供給してこれを励振駆動す
る。

【００２０】これにより、送波器１０₁〜１０_Nはそれぞ
れ音波を発生して送信音（送波ファンビーム）１として
水中に放射する。この送信音１は図６に模式的に示すよ
うに、送波器１０₁〜１０_Nからなる送信器群１０から送
信された、垂直方向に２θで、水平方向にはある角度の
断面矩形領域３２に放射され、断面矩形領域３２の垂直
方向上端では周波数Ｆ１’、下端では周波数Ｆ２’、そ
れらの間では周波数が漸次変化する。

【００２１】送信音１が目標に当り反射すると、その反
射音２はＭ個の受波器２０₁〜２０_Nにより受波される。
ここで、図２に示したように送波器１０₁〜１０_Nは垂直
方向に配置されているのに対し、受波器２０₁〜２０_Nは
水平方向に配置されているので、受波器２０₁〜２０_Nに
より受波される反射音２は送波ファンビームと空間的に
直交するクロスファンビームである。受波器２０₁〜２
０_Nで受波された反射音２は、ここで音響−電気変換さ
れ、得られた電気信号が増幅回路２１ ₁〜２１_Mでそれぞ
れ増幅されて受信信号２１１とされた後、周波数分離回
路２８₁〜２８_Mにそれぞれ供給される。

【００２２】ここで、周波数分離回路２８₁〜２８_Mのフ
ィルタ特性について説明する。例えば画像制御回路２７
に画像周波数データ２７１としてＦ１’〜Ｆ２’が与え
られていたとする。このとき、画像制御回路２７はスタ
ート周波数Ｆ１’と帯域幅ΔＢ＝（Ｆ２’−Ｆ１’）／
ｂをフィルタ制御データ２７２として周波数分離回路２
８₁〜２８_Mに出力する。

【００２３】周波数分離回路２８₁〜２８_Mは、それぞれ
中心周波数ｆ１、ｆ２、．．．、ｆｂのｘ個の帯域フィ
ルタを並列に有しており、各帯域フィルタの中心周波数
ｆ１、ｆ２、．．．、ｆｂと帯域幅が上記のフィルタ制
御データ２７２に基づいて下記のように設定される。

【００２４】第１のフィルタ：ｆ１＝Ｆ１’、帯域幅ΔＢ第２のフィルタ：ｆ２＝Ｆ１’＋ΔＢ、帯域幅ΔＢ第３のフィルタ：ｆ３＝Ｆ１’＋２ΔＢ、帯域幅ΔＢ・・・・・・・・・・・・・第ｘのフィルタ：ｆｂ＝Ｆ１’＋（ｘ−１）ΔＢ＝Ｆ１’＋ｂΔＢ＝Ｆ２’、帯域幅ΔＢ各受波器２０₁〜２０_Mからの受信信号のそれぞれについ
て、周波数分離回路２８₁〜２８_Mでｘ個の周波数成分ｆ
１〜ｆｂが分離され、それらの周波数成分は周波数分離
信号２２１として画像再生処理装置２３に入力される。

【００２５】画像再生処理装置２３は、各受波器２０₁
〜２０_Mからの受信信号中から第１のフィルタにより分
離した周波数Ｆ１’（＝ｆ１）の信号成分に基づいて、
周波数Ｆ１’（＝ｆ１）における各受波ビーム方向（水
平方向）に走査したレベルを公知の数値処理により求め
る。すなわち、画像再生処理装置２３は、周波数成分Ｆ
１’については、図７に示すように、数値処理により水
平方向に１、２、．．．、ａで示す領域に走査したとき
のレベルを検出する。画像再生処理装置２３は、周波数
分離回路２８_１〜２８_Ｍ内の各第２のフィルタ〜第ｘの
フィルタからの周波数成分ｆ２〜ｆｂに対しても同様に
処理する。これにより、画像再生処理装置２３は、図７
に示したように、前記断面矩形領域３２を水平方向にａ
個の領域に分割したときのレベルを数値処理により求め
る。

【００２６】ここで、周波数成分ｆ１〜ｆｂは送波器群
１０により上から下方向に垂直にビーム方向が走査され
たときに得られる受信信号周波数成分であるから、結
局、画像再生処理装置２３は、図８に示すように垂直方
向にｘ個、水平方向にａ個のレベルデータを算出し、画
像データ２３１として表示器２６に供給する。表示器２
６では、レベルを輝度に置き換え図８に示すように配列
表示する。

【００２７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図９及び図１
０と共に説明する。前記画像制御回路２７に画像周波数
データ２７１としてＦ１’〜Ｆ２’を与えた場合、図９
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、周波数ｆ３〜ｆ４の部分
に目標の正面像３１が捉えられているものとする。この
場合は、正面像３１の垂直方向が周波数ｆ３〜ｆ４の部
分でしか捉えられていないため、目標の凹凸が忠実に再
現されていない。

【００２８】そこで、実施例では、前記画像制御回路２
７に画像周波数データ２７１としてＦ３’〜Ｆ４’を与
え、これにより周波数分離回路２８_１〜２８_Ｍの各フィ
ルタを以下のように設定する。

【００２９】スタート周波数Ｆ３’、帯域幅ΔＢ’＝
（Ｆ４’−Ｆ３’）／ｂｆ１＝Ｆ３’、ｆ２＝Ｆ３’＋ΔＢ’、ｆ３＝Ｆ３’＋
２ΔＢ’、．．．、ｆｘ＝ｆｂ＝Ｆ３’＋ｂΔＢ’＝Ｆ
４’ ここで、ΔＢ’≪ΔＢであり、上記の設定により、図１
０（Ａ）に示すように、表示される画像範囲が周波数Ｆ
３’〜Ｆ４’の部分を垂直方向にｘ分割したものとな
る。このため、表示器２６により表示される正面像３１
が図１０（Ｂ）に示すように、垂直方向に拡大され、目
標の凹凸がより詳細に表示されることとなり、分解能が
向上する。

【００３０】次に、本発明の他の実施の形態の変形例に
ついて説明する。図２では、送波器１０_１〜１０_Ｎを垂
直方向に配置し、受波器２０_１〜２０_Ｍを水平方向に配
置しているが、これとは逆に送波器１０_１〜１０_Ｎを水
平方向に配置し、受波器２０_１〜２０_Ｍを垂直方向に配
置してもよい。また、図３では周波数を低いＦ１’から
高いＦ２’へ変化させているが、Ｆ２’からＦ１’へ変
化させるようにしてもよい。また、図４では送波ビーム
の方向を上（＋θ）から下（−θ）へシフトしている
が、下（−θ）から上（＋θ）方向へシフトさせるよう
にしてもよい。更に、画像化に必要なΔＢの最小値が定
まっている場合は、送信周波数をＦ１’、Ｆ１’＋Δ
Ｂ、Ｆ１’＋２ΔＢ、Ｆ１’＋３ΔＢ、．．．というよ
うに微細なステップで周波数変化、ビームシフトを行う
変形例がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表示する画像範囲を第３及び第４の周波数の設定により
任意に設定できるため、目標の任意の部分を抽出して画
像表示でき、目標の画像を拡大表示でき、よって従来に
比べて分解能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。

【図２】本発明により用いる送波器と受波器の一例の配
列構成図である。

【図３】図１中の掃引制御回路が出力する周波数データ
の説明図である。

【図４】図１中の掃引制御回路が出力する移相データの
説明図である。

【図５】励振信号の一例の波形図である。

【図６】図１の送波音の領域を説明する図である。

【図７】図１中の画像再生処理装置の動作を説明する図
である。

【図８】図１中の画像再生処理装置により得られる画像
データの配列表示を示す図である。

【図９】図１により得られる目標画像の一例を説明する
図である。

【図１０】図１により図９の目標画像を拡大したときの
図である。

【図１１】従来の一例のブロック図である。

【図１２】図１１により放射される送波音を説明する図
である。

【図１３】図１１中の移相／周波数制御回路より出力さ
れる周波数データ及び移相データを説明する図である。

【図１４】図１１により得られる送波音の領域と目標画
像の一例を示す図である。

【図１５】図１１により得られる図１４の目標画像を示
す図である。

【符号の説明】

１送波音２反射音１０₁〜１０_N 送波器１０送波器群１１₁〜１１_N 電力増幅回路１２₁〜１２_N 可変移相回路１４掃引制御回路１５送信パルス発生回路２０₁〜２０_M 受波器２０受波器群２１₁〜２１_M 増幅回路２３画像再生処理装置２５タイミング制御回路２６表示器２７画像制御回路２８₁〜２８_M 周波数分離回路１２１送信信号１４１移相データ１４２周波数データ１５１励振信号２１１受信信号２２１周波数分離信号２３１画像データ２７１画像周波数データ２７２フィルタ制御データＯ送受波器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水中に送波音を放射する複数の送波器
と、前記送波音が目標により反射されて得られた反射音を受
波して電気信号に変換する複数の受波器と、前記複数の送波器から放射される前記送波音のビーム方
向を一定方向に走査させると共に、該走査に同期して該
送波音の周波数を第１の周波数から第２の周波数まで漸
次連続的に変化させる送波器励振手段と、前記複数の受波器のうち対応する受波器から出力された
受信信号を受け、前記第１の周波数から第２の周波数ま
での間の周波数範囲内の第３の周波数から第４の周波数
までの周波数範囲をｘ（ｘは２以上の整数）分割したと
き、各分割周波数成分を周波数選択するｘ個のフィルタ
を有し、前記複数の受波器のそれぞれに対応して設けら
れた複数の周波数分離回路と、前記複数の周波数分離回路の出力信号を受け、前記各分
割周波数成分毎に前記複数の受波器の受波ビーム方向の
レベル検出を行い、画像データを生成する画像再生処理
装置と、前記画像データを表示する表示器と、前記第３及び第４の周波数を任意に設定すると共に、該
設定した第３及び第４の周波数に応じて前記各周波数分
離回路内のｘ個のフィルタの各中心周波数と帯域幅をそ
れぞれ可変制御する制御手段とを有することを特徴とす
る水中画像ソーナー。
【請求項２】前記送信器励振手段は、タイミング信号
を発生するタイミング制御回路と、前記タイミング信号
に基づき一定期間に前記送波音の周波数を前記第１及び
第２の周波数の一方から他方まで直線的に変化させる周
波数データと、該送波音のビーム方向を前記一定方向に
走査させるための移相データとを発生する掃引制御回路
と、前記タイミング信号と前記周波数データに基づき前
記一定期間に周波数が前記第１及び第２の周波数の一方
から他方まで直線的に変化する励振信号を発生する送信
パルス発生回路と、前記複数の送波器に対応して複数設
けられており、前記励振信号を前記移相データに応じて
移相処理して前記複数の送波器のうち対応する送波器に
出力する複数の可変移相回路とからなることを特徴とす
る請求項１記載の水中画像ソーナー。
【請求項３】前記複数の送波器は直線状に配置され、
かつ前記複数の受波器も直線状に、かつ、前記複数の送
波器の配置列と十字形となるように直交配置されてお
り、交差する部分のみ送波機能と受波機能の両方を有す
る送受波器で構成されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の水中画像ソーナー。