JP4771597B2 - 水中探知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の魚等を探知する水中探知装置に関し、特に、プランクトン層内の単体魚の探知に適した水中探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中探知装置は、船舶に搭載され、船体に取り付けられた送受波器から水中へ超音波を送信し、この超音波が魚等で反射して帰来するエコー信号を受信して、水中の情報を表示するものである。
【０００３】
このような水中探知装置では、表示部にカラーディスプレイを用いたものが主流となっており、エコー信号をその強度に応じて色で区別して表示するようにしている。たとえば、反射強度の大きな水底から帰ってくる強いエコー信号は赤茶色で表示され、反射強度の小さなターゲットから帰ってくる弱いエコー信号は青色や緑色などで表示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水中の魚等には多種多様なものがあるが、群れをなして泳いでいる群魚の場合は、反射強度が比較的大きくとれるので、表示部には魚群のエコー信号がはっきりと表れる。これに対して、例えば群れをなしていないイカ等の単体魚の場合は、反射強度が弱く、表示部に表れるエコー信号は微小なものとなるので、視認しにくくなる。また、イカは餌を求めて水中のプランクトン層の中にいることが多いので、イカのエコー信号はプランクトン層のエコー信号と混在しており、一層見づらいものとなっている。
【０００５】
図１０は、従来の水中探知装置において、イカのエコー信号と、プランクトン層のエコー信号を表示した表示画面の例を示している。図において、３０は水中探知装置の表示画面、３１は超音波の送信位置を示す発振線、３２は深度を表す目盛、３３はプランクトン層で反射されたエコー信号、３４はイカで反射されたエコー信号である。図１０からわかるように、イカのエコー信号３４はきわめて小さく、これをプランクトン層のエコー信号３３の中から識別するのは困難である。
【０００６】
このように、イカのエコー信号３４が微小とならざるを得ないのは、超音波を送信するための送信パルスのパルス幅と、表示画面３０の表示分解能に関係がある。すなわち、原理的には、図１２に示した送信信号４０のパルス幅Ｐｗを長くすれば、反射エコーによる受信信号の幅もこれに応じて長くなるから、表示画面３０にエコー信号３４をある程度大きく表示することができる。ところが、パルス幅Ｐｗを長くすると、プランクトン層で反射されるエコー信号３３の強度が増大する。すなわち、単体魚の場合は、送信信号のパルス幅を長くしても、エコー信号の区間が長くなるだけで、信号のレベル自体は変わらないが、プランクトン層の場合は、エコー信号は体積残響となって、送信信号のパルス幅が長くなると、エコー信号の区間が長くなるだけでなく、信号のレベルも追随して増大するという現象が生じる。このため、プランクトン層のエコー信号３３と、イカのエコー信号３４とが同じような色で表示されてしまい、前者の中から後者を識別するのが不可能となる。
【０００７】
このようなことから、送信信号４０のパルス幅Ｐｗを長くすることには限界があり、実際には、１５ＫＨｚ〜２００ＫＨｚの送信周波数を用いる場合、パルス幅Ｐｗは、深度レンジに関係なく０．１０ｍｓ〜０．２５ｍｓｅｃ程度に選定される。このパルス幅Ｐｗは短いほどよく、一例として、送信周波数：８８ＫＨｚ、パルス幅：０．１０ｍｓ、波数：約９波の送信信号が用いられる。このときのパルス幅を表示画面上での距離に換算すると、
１５００（ｍ／ｓｅｃ）×０．１０（ｍｓｅｃ）×１／２≒７．５（ｃｍ）
となる。ここで、１５００（ｍ／ｓｅｃ）は水中の音速である。
【０００８】
一方、液晶ディスプレイを用いた装置では、表示分解能は近年ますます高まる傾向にあり、１画面のドット数は大体６００×４４０程度が普通となっているので、１００ｍレンジで表示する場合に、上記７．５ｃｍの距離をドット数に換算すると、縦方向の表示ドット数は、
６００（ドット）／１００（ｍ）×０．０７５（ｍ）＝０．４５（ドット）
横方向の表示ドット数は、
４４０（ドット）／１００（ｍ）×０．０７５（ｍ）＝０．３３（ドット）となり、１ドットに満たない（但し、この場合でも１ドット分の表示は保証される）。また、パルス幅Ｐｗを０．２５ｍｓｅｃとした場合でも、上記と同様に計算すると、縦方向の表示ドット数は１．２ドット、横方向の表示ドット数は０．８８ドットであり、せいぜい１ドット程度にしかならない。したがって、いずれの場合も、図１１に示したように、イカのエコー信号３４は、ドットが１個だけの点としてしか表れず、これを膨大なプランクトン層のエコー信号３３の中から抽出するのはきわめて困難となる。
【０００９】
以上のように、従来の水中探知装置にあっては、単体魚の探知を行う場合に、送信信号のパルス幅が短いことから、表示されるエコー信号が小さくて非常に見づらいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するものであって、その課題とするところは、送信パルス幅が短くても、ターゲットで反射して帰来するエコー信号を見やすく表示することのできる水中探知装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る水中探知装置は、表示画面に表示されるエコー信号の深度方向の表示長さを、信号強度に応じて変える水中探知装置であって、エコー信号をドット表示により表示し、エコー信号の信号強度が増大するに従って、深度方向の表示ドット数を増やすようにしたものである。このようにすることで、たとえ送信信号のパルス幅が短くて、受信したエコー信号も短い場合であっても、信号強度が大きければ、深度方向の表示ドット数が増えて、画面上でエコー信号を深度方向に長く引き伸ばして表示することができるため、エコー信号を容易に識別することができる。このため、本発明は単体魚、特にプランクトン層の中にいるイカを探知する場合に優れた機能を発揮する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る水中探知装置の一例を示す正面図である。図において、１は水中探知装置、２は液晶ディスプレイから構成される表示画面、３は各種のキーやダイヤルが配列された操作パネル、４は深度のレンジを調節するためのレンジダイヤル、５は受信エコーの感度を調節するための感度ダイヤルである。
【００１３】
図２は、水中探知装置１の電気的構成を示したブロック図である。図において、１０は水中へ超音波を送信するとともに、この超音波が魚等で反射して帰来するエコー信号を受信する超音波送受波器、１１は超音波送受波器１０の送信動作と受信動作を切り替える送受信切替部、１２は超音波を送信するための送信信号を超音波送受波器１０へ出力する送信回路、１３はエコー信号を受信する受信回路、１４はＡ／Ｄ変換器やＣＰＵ等を含んで構成される演算処理部および制御部としてのコントローラ、１５はＲＯＭやＲＡＭ等から構成されるメモリ、１６は表示画面２（図１）とこの画面２に所定の情報を表示させるための表示回路とを含む表示部、１７は操作パネル３（図１）の各種キーおよびダイヤルを含む操作部である。以上の構成そのものは、従来の水中探知装置と同じであって、特に目新しいものではない。
【００１４】
上記構成において、操作部１７でモード、送信周波数、感度等の設定を行うと、これらの情報がコントローラ１４へ与えられる。送信回路１２は、コントローラ１４からの指令に基づき、図１２で示した送信信号４０を、送信側に切り替えられた送受信切替部１１を介して、超音波送受波器１０に印加する。超音波送受波器１０は、船体の底部に取り付けられており、送信信号４０の印加によって、図示しない超音波振動子が振動して、超音波を水中へ送信する。送信された超音波は、水中の魚等や水底で反射し、エコーとして超音波送受波器１０で受波され、受信側に切り替えられた送受信切替部１１を介して、受信回路１３でエコー信号が受信される。この受信信号は、コントローラ１４に入力され、コントローラ１４では、受信したエコー信号に基づいて表示データを生成し、表示部１６にこれを表示する。以上の動作も、従来の水中探知装置と基本的に同じであるが、本発明では、コントローラ１４における表示データの処理が従来とは異なっている。これについては、後で詳しく述べる。
【００１５】
図３は、エコー信号の受信時にコントローラ１４により実行される処理手順を示したフローチャートである。受信回路１３がエコー信号を受信すると、このエコー信号はコントローラ１４に取り込まれる（ステップＳ１）。コントローラ１４は、取り込んだエコー信号をＡ／Ｄ変換器においてサンプリングし、デジタル信号に変換する（ステップＳ２）。そして、１ドットに相当する表示区間ごとに、サンプリング値をピークホールドして、ピーク値を抽出する（ステップＳ３）。
【００１６】
図４は、ステップＳ２でのサンプリング、およびステップＳ３でのピークホールドを説明する図である。１８は受信回路１３で受信されたエコー信号であって、横軸は時間、縦軸は信号強度をそれぞれ表している。エコー信号１８は、適当なサンプリング周波数（たとえば４４ＫＨｚ）でサンプリングされ、１ドットに相当する各表示区間において、ピーク値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が抽出され、データの間引きが行われる。抽出されたピーク値は、８ビットのデータとして、コントローラ１４内のＣＰＵへ入力される。なお、図４では、一般的なエコー信号の場合を示してあるので、ピーク値が複数個存在しているが、イカのような単体魚の場合は、前述のようにエコー信号の幅が短く、１００ｍレンジで表示する場合には、１ドット程度しか表示されないので、ピーク値も１個となる。
【００１７】
次に、コントローラ１４では、操作部１７により設定された感度の値を読み取る（ステップＳ４）。感度は、感度ダイヤル５（図１）により設定される。感度を高く設定すると、わずかな反射エコーであっても受信信号のレベルが高くなるので、表示画面２に表示される色が、感度が低い場合と高い場合とでは異なってくる。したがって、プランクトン層の中にいるイカを探知する場合、プランクトン層からのエコー信号が強調されないように、感度を低く設定する必要がある。感度を低く設定することで、プランクトン層は紺色や青色で表示され、目立たなくなる。
【００１８】
ついで、コントローラ１４は、抽出されたエコー信号のピーク値と、設定された感度値とに基づいて、１ドットに相当する表示区間ごとに表示色を決定し、各区間における８ビットのデータ（ピーク値）を、４ビットの表示色データに変換する（ステップＳ５）。ここでは、表示色として、紺、青、水色、緑、黄、橙、赤、赤茶の８色が用いられるが、表示色データは４ビットであるから、１６色までの色で表示が可能である。続いて、これらの表示色の種類に応じて、表示するドットの割当て処理を行い（ステップＳ６）、この結果に基づいて表示画面２へ表示を行う（ステップＳ７）。ここで、ステップＳ６は本発明の特徴をなす部分であり、その詳細について以下に説明する。
【００１９】
図５は、上記ステップＳ６におけるドット割当て処理の具体的な内容を示したテーブルである。このテーブル内容は、メモリ１５のＲＯＭにあらかじめ記憶されている。上述のように、表示色は、紺、青、水色、緑、黄、橙、赤、赤茶の８色であり、これらの８色は４つのクラスに分類される。すなわち、紺と青はエコー信号が弱いＡクラス、水色と緑はエコー信号がやや弱いＢクラス、黄と橙はエコー信号がやや強いＣクラス、赤と赤茶はエコー信号が強いＤクラスに、それぞれ分類される。表示色は、紺から赤茶へ行くに従ってエコー信号の強度が大きくなり、ステップＳ３で抽出された１ドット表示区間ごとのピーク値は、その信号強度に応じて、８色のうちのいずれかの色と対応づけられ、上記Ａ〜Ｄのいずれかのクラスに振分けられて、以下に述べるような処理が行われる。
【００２０】
すなわち、信号強度（ピーク値）がＡクラスに属する場合は、処理は何も行わない。したがって、深度方向のドット数は１のままで変化しない。
【００２１】
次に、信号強度がＢクラスに属する場合は、表示ドットを深度方向に１ドット長くする処理を行う。この結果、深度方向のドット数は、図６に示すように、２ドットとなる。ここで、表示ドットの色は、図６（ａ）のように、すべてを同じ色（ここでは緑）にしてもよいし、図６（ｂ）のように、１個を緑にして、他方を同じ区分に属する水色にしてもよい。
【００２２】
また、信号強度がＣクラスに属する場合は、表示ドットを深度方向に２ドット長くする処理を行う。この結果、深度方向のドット数は、図７に示すように、３ドットとなる。ここで、表示ドットの色は、図７（ａ）のように、すべてを同じ色（ここでは橙）にしてもよいし、図７（ｂ）のように、同じ区分に属する橙および黄と、隣接する区分に属する緑としてもよい。
【００２３】
また、信号強度がＤクラスに属する場合は、表示ドットを深度方向に３ドット長くする処理を行う。この結果、深度方向のドット数は、図８に示すように、４ドットとなる。ここで、表示ドットの色は、図８（ａ）のように、すべてを同じ色（ここでは赤茶）にしてもよいし、図８（ｂ）のように、同じ区分に属する赤茶および赤と、隣接する区分に属する橙および黄としてもよい。
【００２４】
なお、図３のステップＳ６におけるドット割当て処理では、以上のような処理を行った後、従来と同様に、表示画面の水平方向について色の移動平均（隣接するドット間の色平均）が求められ、最終的に表示画面２に表示するデータが決定される。
【００２５】
このようにして、本実施形態では、１ドット表示区間の信号強度（ピーク値）に応じて深度方向の表示ドット数を変え、信号強度が大きい場合は表示ドットの数を増やして、表示長さが長くなるようにしている。したがって、群れをなしていないイカ等の単体魚を探知するために短いパルスを送信した場合、感度を低く設定しておけば、プランクトン層で反射して帰ってくるエコー信号は、強度が小さくＡクラスに入るので、画面上での表示色は紺や青となり、また、ドット数も１個であるため、表示の強調はされない。これに対して、イカから反射して帰ってくるエコー信号の強度は、プランクトン層で反射して帰ってくるエコー信号の強度に比べてある程度大きいので、たとえばＣクラスに入るエコー信号の場合は、表示色が黄や橙であって、しかも画面上での長さが従来の３倍に引き伸ばされるために、表示が強調される。この結果、イカのエコー信号をプランクトン層のエコー信号と区別して、明瞭に視認することができる。
【００２６】
図９は、本発明による水中探知装置において、イカのエコー信号と、プランクトン層のエコー信号を表示した表示画面の例を示している。図において、２は水中探知装置１の表示画面、２０は超音波の送信位置を示す発振線、２１は深度を表す目盛、２２はプランクトン層で反射されたエコー信号、２３はイカで反射されたエコー信号である。図１０と比較すれば明らかなように、図９では、イカのエコー信号２３が深度方向に拡大されて表示されており、プランクトン層のエコー信号２２との識別が容易となっている。
【００２７】
本発明は上述した実施形態の他にも種々の形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態においては、表示色を４分類に区分しているが、これを８分類等に区分してもよい。
【００２８】
また、上記実施形態では、表示画面２に液晶ディスプレイを用いた例を挙げたが、液晶ディスプレイ以外に、ＣＲＴやＥＬディスプレイ等を用いた装置にも本発明は適用が可能であり、ディスプレイの種類は問わない。
【００２９】
また、水中探知装置１に通常の群魚を探知する機能と、イカ等の単体魚を探知する機能の双方を具備させ、操作パネル３においてこれらの機能を切り替えるようにしてもよい。この場合、群魚の探知にあたっては、従来どおりの表示処理を行い、単体魚を探知するときに、図５に示した表示の強調処理を行うようにすればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、短いパルス幅の送信信号で魚等を探知する場合でも、エコー信号の表示長さを深度方向に長くできるため、エコー信号が強調されて識別を容易に行える。したがって、単体魚を探知するのに最適な水中探知装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中探知装置の一例を示す正面図である。
【図２】水中探知装置の電気的構成を示したブロック図である。
【図３】エコー信号受信時の処理手順を示したフローチャートである。
【図４】エコー信号のサンプリングとピークホールドを説明する図である。
【図５】ドット割当て処理の具体的な内容を示したテーブルである。
【図６】表示ドットを２個にする場合の説明図である。
【図７】表示ドットを３個にする場合の説明図である。
【図８】表示ドットを４個にする場合の説明図である。
【図９】本発明の水中探知装置における表示画面の例である。
【図１０】従来の水中探知装置における表示画面の例である。
【図１１】エコー信号のドット表示を示した図である。
【図１２】送信信号の波形を示した図である。
【符号の説明】
１ 水中探知装置
２ 表示画面
３ 操作パネル
１０ 超音波送受波器
１１ 送受信切替部
１２ 送信回路
１３ 受信回路
１４ コントローラ
１５ メモリ
１６ 表示部
１７ 操作部
１８ エコー信号
２２ プランクトン層のエコー信号
２３ イカのエコー信号
４０ 送信信号
Ｐｗ パルス幅

Claims (5)

1. 水中へ超音波を送信し、この超音波が水中で反射して帰来するエコー信号を受信して表示画面に表示するとともに、前記エコー信号の信号強度に応じて、当該エコー信号の深度方向の表示長さを変えるようにした水中探知装置であって、
   前記エコー信号をドット表示により表示し、エコー信号の信号強度が増大するに従って、深度方向の表示ドット数を増やすことを特徴とする水中探知装置。
2. 請求項１に記載の水中探知装置において、
   前記エコー信号の信号強度に対応して区分された表示色によりドットを表示し、深度方向の表示ドット数が複数の場合に、すべての表示ドットを、前記信号強度に対応する区分に属する同じ色で表示することを特徴とする水中探知装置。
3. 請求項１に記載の水中探知装置において、
   前記エコー信号の信号強度に対応して区分された表示色によりドットを表示し、深度方向の表示ドット数が複数の場合に、表示ドットの一部を前記信号強度に対応する区分に属する色で表示し、残りを前記信号強度に対応する区分もしくは隣接する区分に属する他の色で表示することを特徴とする水中探知装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水中探知装置において、
   パルス幅の短い送信信号により超音波を水中へ送信して、単体魚を探知することを特徴とする水中探知装置。
5. 請求項４に記載の水中探知装置において、イカを探知することを特徴とする水中探知装置。

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