JP4953566B2 - 水中探知装置および水中探知方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波の送受信によって水中の魚群などの水中情報を探知する水中探知装置および水中探知方法に関する。

図８は、水中探知装置の１つであるスキャニングソナーを用いて魚群などの水中情報を探知する態様を示す図である。図において、８０は船舶８１に搭載されたスキャニングソナー、１はスキャニングソナー８０に備えられた超音波を送受信する送受波器、８２は水面である。Ｂｔは送受波器１から放射される送信ビーム、Ｂｒは送信ビームＢｔが水中の魚群などで反射して帰来するエコー信号を受信する受信ビーム、αは送信ビームＢｔの俯角である。送信ビームＢｔは水中の全方位へ向けて一斉に放射され、傘形のビームを形成する。一方、受信ビームＢｒは、送受波器１が円周方向に電気的に走査されて形成されるシャープな指向特性をもったペンシル状のビームである。そして、受信ビームＢｒによって受信されたエコー信号を解析することによって、各断面Ｐの魚群などに関する水中情報を求め、これを探知画像としてスキャニングソナー８０の表示部に表示する。

図９に示すように、上記の送受波器１の円筒形をした本体１ａの表面には、多数の振動子２が、例えば円周方向に６０列、上下方向に５段に配列されている。また、図１０に示すように、船舶の進行方向に対して所定の角度βをなす鉛直面に沿って扇形に広がる送信ビームＢｔを形成し、その扇形に沿ってペンシル状の受信ビームＢｒの俯角αを順次変化させることにより、すなわち受信ビームＢｒを電気的に走査して水中情報を探知することもできる。後記の特許文献４には、傘状の送信ビーム、ペンシル状の受信ビームの形成方法などが示されている。

このようなスキャニングソナー８０を装備した複数の船舶が一箇所に集中して操業していると、他の船舶から送信された超音波を送受波器１が受信するという事態が生じる。以下では、これを「干渉が生じる」という。また、干渉によって生じた信号を「干渉信号」という。この場合、他の船舶から送信される超音波の周波数と自ら使用している超音波の周波数とに十分な差があれば、スキャニングソナー８０の受信部に設けられたバンドパスフィルタなどによって他の船舶からの超音波（干渉信号）をノイズとして除去することができる。しかし、ノイズとして除去することができない場合には、魚群などからのエコー信号と、干渉信号とを識別することができない。このため、干渉による偽像が表示部に表示されてしまう。偽像とは、エコー信号以外の信号（干渉信号など）によって表示部に表示される画像のことである。

図１１は、干渉による偽像１１１が表示された表示部の画面を示す図である。図の中央が船舶８１（送受波器１）の位置であり、図の上方が船首方向（船舶の進行方向）である。また、「Ｒ：４００ｍ」は探知距離が４００ｍであることを示し、「Ｔ：０°」は傘状の送信ビームの俯角αが０度であることを示す。偽像１１１は、送受波器１の振動子２の指向特性などによって、他の船舶が位置する方位ＤＤで強く現われ、方位がずれるに従って弱くなるが、他の船舶との距離が近い場合などには広い範囲にわたって現われることがある。また、偽像１１１の遠近方向における位置は、他の船舶との距離、他の船舶から超音波が送信される時刻と自ら超音波を送信する時刻との時間差などによって決まる。このように干渉による偽像１１１が表示されると、この偽像１１１が魚群の画像であると誤判断される恐れがある。

そこで、他の船舶からの超音波は、一般的には毎回同じタイミングで受信されるものではないという性質を利用して、前々回、前回等の受信信号をメモリーに記憶させておき、今回の受信信号と前々回、前回等の受信信号とを受信信号の時間軸に沿って逐次比較し、上記複数の受信信号の内で、最も小さいレベルまたは中間のレベルの受信信号を逐次取り出し、その信号に基づいて画像を表示部に表示することが提案されている（例えば、特許文献１）。このようにすることで、干渉信号が除去され、偽像が表示されなくなる。尚、スキャニングソナー８０の表示画面の更新周期は十分に早いので、上記の処理（以下、画像相関処理という）で魚群の画像が表示部から消滅することはない。

また、船舶に備えられた方位検出回路で船舶の進行方向の絶対方位（東西南北など）を求め、絶対方位ごとに異なる周波数の超音波を送信し、各絶対方位からのエコー信号を受信する受信部に設けたバンドパスフィルタで当該絶対方位の周波数の信号のみを通過させるようにすることで、干渉よる偽像を表示しないようにすることも提案されている（例えば、特許文献２）。

尚、干渉による偽像を表示しないようにするものではないが、特許文献３、４には、送受波器の受信信号のサイドローブあるいはグレーティングローブによる偽像を表示部に表示しないようにするために、以下のようにして超音波の送受信を行うことが示されている。１つの探知サイクル内において、送受波器の方位別に異なる周波数の超音波を一斉に送信し、あるいは送受波器の送信開口を方位方向に順次移動させ、送信開口の位置ごとに異なる周波数の超音波を送信する。そして、受信部では方位別に周波数選択して、所定方位の受信信号を得るようにしている。また、特許文献５には、各方位の受信信号を用いて方位ごとの受信信号の中心周波数を複素自己相関法によって求めることが示されている。非特許文献１には、他の水中探知装置であるサーチライトソナー、セクタースキャニングソナー、およびドップラー潮流計についての記述がある。

特開２０００−３０４８６１号公報（要約、段落０００１〜０００６） 特開平３−２８２３９０号公報（第１頁右欄第１行〜第３頁左下欄第７行） 特開平１−１８５４７１号公報（第１頁左欄第１５行〜第２頁右上欄第１０行） 特開２００３−３３７１７１号公報（請求項１〜４、段落００２０〜００３１） 特開２００３−８４０６０号公報（段落００２６〜００２７） 海洋音響学会編・刊「海洋音響用語事典」、平成１１年５月刊行

しかしながら、特許文献１に示されるものにおいては、他の船舶から超音波が送信される時刻と自ら超音波を送信する時刻との時間差が一定である（送信タイミングが同期している）場合には、毎回の受信信号中の同じ位置に干渉信号が発生する。このため、上記の画像相関処理によっては干渉信号を除去することができず、偽像が表示されてしまう。特許文献２に示されるものにおいては、全ての船舶が同じ仕様のスキャニングソナーを搭載していることを前提にしており、それとは異なる仕様のスキャニングソナーを搭載した船舶から放射される超音波については考慮されていない。例えば、特許文献２のスキャニングソナーから北方向へ送信される超音波の周波数がｆ１であり、北方向に位置する他の船舶が全方位に周波数ｆ１の超音波を送信する場合には、北方向に干渉による偽像が表示されてしまう。このように干渉による偽像が表示されてしまうので、この偽像が魚群などの画像であると誤判断され、漁撈の作業効率を低下させるという問題がある。

本発明は、上記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、他の船舶から送信される超音波による悪影響を低減できるようにした水中探知装置および水中探知方法を提供することにある。

本発明では、方位方向に複数の振動子を配列した送受波器と、当該複数の振動子を駆動して超音波を水中に送信する送信制御手段と、当該複数の振動子で受信される受信信号を合成して受信ビーム信号を形成する受信制御手段と、当該受信ビーム信号に含まれる探知対象物からのエコー信号に基づいて当該探知対象物の情報を表示部に表示させる表示制御手段とを備えた水中探知装置において、送信制御手段は、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波を送信するように各振動子を駆動し、且つ１つまたは複数の探知サイクルごとに各方位に送信する超音波の周波数または周波数帯域が変わるように各振動子を駆動する。受信制御手段は、１つまたは複数の探知サイクルごとに方位別に周波数選択して、各方位の受信ビーム信号を形成する。ここで、「方位」とは、水平面内における角度位置に限らず、傘状の送信ビームの円周方向における位置、および扇形の送信ビームの円弧方向における位置をも含む概念である。「周波数選択」とは、単一の周波数のみならず所定の周波数帯域をも含む概念である。また、送信制御手段には、実施形態に示される送信ビーム形成部、制御部などが相当する。受信制御手段には、実施形態に示される受信ビーム形成部、第２ＢＰＦ、制御部などが相当する。

このようにすることで、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波が送信され、方位別に周波数選択されて各方位の受信ビーム信号が形成される。これにより、他の船舶から送信された超音波を受信したことによる（干渉による）偽像が表示される場合であっても、偽像は方位方向における狭い限定された範囲にのみ表示されるので、魚群などの探知情報の表示の欠落が防止される。また、１つまたは複数の探知サイクルごとに各方位に送信される超音波の周波数または周波数帯域が変わるので、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、特許文献１のように偽像が表示部の同じ位置に継続して表示されることはなく、偽像の表示状態（表示される／表示されない、表示位置が移動すること）が探知サイクルごとに変化する。これにより、探知サイクルが変っても略同じ位置に表示される魚群などの画像と、干渉による偽像との識別が容易になり、水中探知装置の操作者が干渉による偽像を魚群などの画像と間違うことがなく、漁撈の作業効率の低下を防止することができる。

本発明の実施形態においては、過去の１つまたは複数の探知サイクルの受信ビーム信号を記憶する記憶部を備え、表示制御手段は、今回の探知サイクルの受信ビーム信号と記憶部に記憶された受信ビーム信号とから表示用信号を生成し、当該表示用信号に基づいて探知対象物の情報を表示部に表示させるようにすることができる。ここで、記憶部に記憶される受信ビーム信号は、検波後の受信ビーム信号、検波前の受信ビーム信号のいずれであってもよい。また、表示用信号の生成は、例えば、今回の探知サイクルの受信ビーム信号と記憶部に記憶された受信ビーム信号とを時間軸に沿って逐次比較し、今回の探知サイクルの受信ビーム信号または記憶された受信ビーム信号の内で最高レベル以外のレベルの受信ビーム信号を逐次抽出することによって行われる。このようにすることで、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、干渉による偽像が表示されなくなる。これにより、水中探知装置の操作者は、画像の表示状態の変化から、その画像が干渉による偽像か魚群などの画像であるかを判断する必要がなくなり、操作者の人為的ミスを低減することができる。

また、本発明の実施形態においては、乱数を発生させる乱数発生器を備え、送信制御手段は、乱数発生器が発生する乱数の値に基づいて、超音波を送信するタイミングを変更し、または、乱数発生器が発生する乱数の値に基づいて、方位別に異なる周波数または周波数帯域に関して各方位と各方位に割り当てられる周波数または周波数帯域との関係を変更するようにすることができる。このようにすることで、他の船舶も本発明の水中探知装置を使用しており、且つ超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、送信タイミングが同期しなくなる、または２つの水中探知装置の間に各方位に割り当てられる方位別の周波数または周波数帯域の相対的位置関係が探知サイクルごとにずれる。これにより、干渉による偽像が表示されなくなる、または、偽像の表示状態が探知サイクルごとに変化するので、偽像を魚群などの画像と間違うことが防止される。

さらに、本発明の実施形態においては、受信ビーム信号の中心周波数を検出する検出部を備え、検出部は、超音波を送信する前に各方位の受信ビーム信号から方位別の中心周波数を検出し、送信制御手段は、検出部で検出された方位別の中心周波数とは異なる周波数の超音波、または当該中心周波数とは異なる周波数を中心周波数とする周波数帯域の超音波を各方位に送信するように各振動子を駆動するようにすることができる。このようにすることで、各方位から到来する、他の船舶からの超音波を受信したことによる干渉信号の中心周波数を検出することができる。そして、干渉信号が検出された場合には、検出部で検出された方位別の中心周波数とは異なる周波数の超音波、または当該中心周波数とは異なる周波数を中心周波数とする周波数帯域の超音波が各方位に送信され、干渉信号は受信制御手段によって除去される。これにより、干渉による偽像が表示部に表示されるのを未然に防止することができる。

さらに、本発明は、振動子から水中に超音波を送信し、振動子が受信した受信信号に基づいて水中情報を探知し、探知結果を表示部に表示する水中探知装置における水中探知方法であって、第１の探知サイクルにおいて、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波を各方位に送信し、各方位の受信信号を方位別に周波数選択することにより生成された信号に基づき各方位の水中情報を探知し、第２の探知サイクルにおいて、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波であって、第１の探知サイクルとは異なる周波数または周波数帯域の超音波を各方位に送信し、各方位の受信信号を方位別に周波数選択することにより生成された信号に基づき各方位の水中情報を探知する。ここで、「方位」とは、水平面内における角度位置に限らず、傘状の送信ビームの円周方向における位置、および扇形の送信ビームの円弧方向における位置をも含む概念である。「周波数選択」とは、単一の周波数のみならず所定の周波数帯域をも含む概念である。また、第１の探知サイクルを１回だけ行った後に直ちに第２の探知サイクルを行わなくともよく、例えば、第１の探知サイクルを２回行った後に、第２の探知サイクルを行うようにしてもよい。

このようにすることで、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波が送信され、各方位の受信信号が方位別に周波数選択される。これにより、他の船舶から送信された超音波を受信したことによる（干渉による）偽像が表示される場合であっても、偽像は方位方向における狭い限定された範囲にのみ表示されるので、魚群などの探知情報の表示の欠落が防止される。また、第１の探知サイクルと第２の探知サイクルとで、各方位に送信される超音波の周波数または周波数帯域が異なるので、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、特許文献１のように偽像が表示部の同じ位置に継続して表示されることはなく、偽像の表示状態が探知サイクル間で変化する。これにより、探知サイクルが変っても略同じ位置に表示される魚群などの画像と、干渉による偽像との識別が容易になり、水中探知装置の操作者が干渉による偽像を魚群などの画像と間違うことがなく、漁撈の作業効率の低下を防止することができる。

本発明によれば、他の船舶から送信される超音波の影響を低減できる。すなわち、振動子が他の船舶からの超音波を受信した場合であっても、干渉による偽像が魚群などの画像から識別できるように表示されるので、水中探知装置の操作者が干渉による偽像を魚群などの画像と間違うことがなく、漁撈の作業効率の低下を防止することができる。

図１は、図９に示す送受波器１の中央段の振動子２で水平に切断したときの断面図であり、送受波器１の方位別周波数を示す図である。図の上方が船首方向である。図では各領域Ａ１〜Ａ１２に含まれる振動子２（超音波トランスデューサ）の図示は省略されているが、各領域Ａ１〜Ａ１２にはそれぞれ５個の振動子２が送受波器１の周方向に沿って等間隔で配されている。図１（ａ）は、ある探知サイクルでの方位別周波数を示す。図１（ｂ）は、次の探知サイクルでの方位別周波数を示す。

まず、図１（ａ）を参照して、送信ビームと受信ビームの概要について説明する。送受波器１は中心角（開口角）が３０度である１２の領域（送信開口ともいう）Ａ１〜Ａ１２に分けられている。各領域Ａ１〜Ａ１２の振動子２は、それぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の信号で駆動される。これにより、各方位Ｄ１〜Ｄ１２にそれぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波が一斉に水中に送信され（放射され）、送受波器１の周囲に傘状の送信ビームが形成される。ここで、周波数ｆ１〜ｆ１２は、ｆ１＜ｆ２＜・・・＜ｆ１１＜ｆ１２の関係が成立するように決められており、例えば、ｆ１は２４ｋＨｚ、ｆ１２は２６ｋＨｚであり、ｆ１〜ｆ１２の間では周波数差が略同じになるようになっている。また、最も高い周波数ｆ１２を最大周波数ｆ_Ｈ、最も低い周波数ｆ１を最低周波数ｆ_Ｌ、中位の周波数ｆ６またはｆ７を中位周波数ｆ_Ｍとよぶことにする。

超音波の受信時には、所定の角度、例えば９０度の受信開口に含まれる振動子２の受信信号から受信ビーム信号が形成される。例えば、方位Ｄ１（領域Ａ１の中心角の２等分線方向）に指向性主軸を有する受信ビームＢ１の受信ビーム信号Ｂ１は、３つの領域Ａ１２〜Ａ２の振動子２の受信信号から形成される。以下でも、受信ビームと受信ビーム信号とで同じ符号を使用することにする。この受信開口を反時計回りに３０度ずつ回転させる（方位方向で移動させる）ことにより、方位Ｄ２〜Ｄ１２の受信ビーム信号Ｂ２〜Ｂ１２も形成される。１つの探知サイクル内で上記の受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２を繰り返し形成し、各受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２に含まれるエコー信号を解析することにより、全方位の近距離から遠距離までの魚群などを探知する。

次の探知サイクルでは、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）とは異なる態様で方位別周波数ｆ１〜ｆ１２が領域Ａ１〜Ａ１２に割り当てられ、同様にして魚群などを探知する。本発明では、探知サイクルごとに方位別周波数ｆ１〜ｆ１２を変えることで、他の船舶から送信される超音波によって干渉が生じた場合に、干渉による偽像と魚群などの画像とを識別できるようにし、または干渉による偽像が表示されないようにする。この点の詳細については後述する。また、探知サイクルごとに各振動子２を駆動する信号の周波数を変えているので、ある程度の周波数帯域にわたって送受信特性が均一な広帯域振動子を振動子２として用いてる。

図２は、本発明に係る水中探知装置の１つであるスキャニングソナー（以下、装置ともいう）の構成を示すブロック図である。制御部２０は、ＣＰＵ、メモリーなどから構成され、不図示の操作部から入力されたデータ、予めメモリーに設定されているデータ、装置の各部から受信したデータなどに基づいて、装置の各部を制御する。また、制御部２０は、メモリーに記憶された乱数発生プログラムをＣＰＵが実行することにより、乱数を発生する機能（乱数発生器２０ａ）を備えている。

送信ビーム形成部５は、送信信号生成回路５ｂと位相調整回路５ａとからなる。送信信号生成回路５ｂは、互いに周波数の異なる複数の正弦波、すなわち周波数ｆ１〜ｆ１２の正弦波を生成する。振動子２ごとに設けられた位相調整回路５ａは、傘状の送信ビームの俯角が制御部２０から指示された角度になるように振動子２の段方向の位置に応じて上記の正弦波の位相を調整する。この位相調整された送信信号は、送信アンプ４で増幅され、送受信切換回路３を介して送受波器１の振動子２を駆動する。これにより、各振動子２からそれぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波が一斉に水中に送信され、送受波器１の周囲に送信ビームが形成される。以下の説明では、振動子２ごとの送信または受信の系統をチャンネルとよび、受信ビーム信号が形成される前の受信信号をチャンネル信号とよぶことにする。

次に、受信系について説明する。各振動子２が受信した受信信号（チャンネル信号）は、チャンネルごとに送受信切換回路３を介して受信アンプ６で増幅される。増幅された受信信号は、第１ＢＰＦ７（バンドパスフィルタ）で上述の最低周波数ｆ_Ｌ〜最大周波数ｆ_Ｈを含む所定の帯域幅以外の周波数の信号成分がノイズとして除去された後、Ａ／Ｄ変換器８でデジタル信号（時系列データ）に変換される。

Ａ／Ｄ変換器８は、所定のタイミングで、例えば、上述の中位周波数ｆ_Ｍの内部的な正弦波信号の第１位相と、第１位相と９０度だけ位相の異なる第２位相とで１周期ごとに受信信号をサンプリングする。第１位相でサンプリングされた信号をＩ信号、第２位相でサンプリングされた信号をＱ信号、Ｉ＋ｊＱ（ｊは虚数単位）をＩＱ信号とよぶ。このＩ信号とＱ信号とで表される受信信号に対して後続の回路で各種の演算が施される。例えば、後述の受信ビーム信号の形成時には、受信信号にｅｘｐ（ｊθ）を乗算することによって、受信信号の位相をθだけ補正する。

ゲイン調整部９は、水中の同一の反射物（例えば、探知対象物である魚群）からのエコー信号の振幅が送受波器１と反射物との距離に依存することなく一定となるように、受信信号の増幅率を調整する。すなわち、受信信号の時系列データのそれぞれに送信ビームを送信してからの経過時間に応じた増幅率を乗算することによって、受信信号の振幅を調整する。このゲイン調整部９から出力される各チャンネルの時系列データは、チャンネルごとに一旦バッファメモリー１０に格納される。

受信ビーム形成部１１は、位相補正回路１１ａと加算回路１１ｂとからなり、バッファメモリー１０に格納されているチャンネル信号から、公知の方法により受信ビーム信号を形成する。まず、受信ビームを形成するための受信開口に含まれる振動子２の数だけ設けられている位相補正回路１１ａは、各チャンネル信号の位相が一致するように、各チャンネルの振動子２の送受波器１における段方向の位置および周方向の位置に応じた補正量で各チャンネル信号の位相を補正する。加算回路１１ｂは、位相補正された各チャンネル信号を加算することによって受信ビーム信号を形成する。

第２ＢＰＦ１２（バンドパスフィルタ）は、船舶の航行のドプラー効果による受信信号の周波数変動を考慮して、受信ビーム信号から、制御部２０によって指定される選択周波数（例えば、周波数ｆ１〜ｆ１２のいずれか）の信号成分のみを抽出する。選択周波数としては、受信ビームＢ１〜Ｂ１２と同じ方位Ｄ１〜Ｄ１２に送信される超音波の方位別周波数ｆ１〜ｆ１２が指定される。例えば、受信ビーム信号Ｂ１をフィルタリングする場合には、制御部２０は、選択周波数ｆ１、領域Ａ１の船首方向に対する位置、航行速度などのデータを第２ＢＰＦ１２に設定する。

第２ＢＰＦ１２の不図示のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）は、設定されたデータから中心周波数ｆ１＋Δｆ（Δｆはドプラー効果による周波数変動量）を算出し、中心周波数ｆ１＋Δｆに対して所定の帯域幅を持つ第２ＢＰＦ１２のフィルタ係数を求める。このフィルタ係数に設定された第２ＢＰＦ１２は、中心周波数ｆ１＋Δｆに対して所定の帯域幅の周波数成分の信号のみを通過させる。つまり、第２ＢＰＦ１２は、方位別に周波数選択して各方位の受信ビーム信号を形成する。尚、受信ビーム信号が入力される中心周波数検出部１３については後述する。

検波部１４は、第２ＢＰＦ１２の出力信号の振幅、すなわち当該出力信号の実数成分（Ｉ信号）の２乗と虚数成分（Ｑ信号）の２乗との和の平方根を求め、これから受信ビーム信号（エコー信号）の包絡線を得る。この振幅の大きさは、魚群の粗密の度合いなどに比例する。検波部１４から出力される検波信号は、過去データ記憶部１５および画像処理部１６に送られる。過去データ記憶部１５は、１つまたは複数の探知サイクルの検波信号を記憶する。画像処理部１６は、検波部１４からの検波信号に対して所定の画像処理を施すことによって、魚群の粗密、方位、距離に応じて魚群の画像を表示部１７に表示する。また、これに代えて、画像処理部１６は、検波部１４からの検波信号および過去データ記憶部１５に記憶された検波信号から表示用信号を生成し、この表示用信号に対して所定の画像処理を施すことによって、魚群の画像を表示部１７に表示することもできる。この過去データ記憶部１５に記憶される検波信号は、干渉による偽像が表示されないようにするために用いられるが、詳細については後述する。

次に、本発明にかかるスキャニングソナーの動作について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、送受波器１の領域Ａ１〜Ａ１２に方位別周波数ｆ１〜ｆ１２を割り当てる方法について説明する。制御部２０のメモリーには、図３（ａ）に示す方位別周波数割り当て表３１ａが予め設定されている。この方位別周波数割り当て表３１ａは、送受波器１の領域Ａ１〜Ａ１２（方位Ｄ１〜Ｄ１２）と各領域Ａ１〜Ａ１２に割り当てられる送信信号の周波数ｆ１〜ｆ１２との関係を規定する。最左列の番号は方位別周波数割り当てパターンの番号を示す。番号１の方位別周波数割り当てパターンを図示したものが図１（ａ）に相当し、番号２の方位別周波数割り当てパターンを図示したものが図１（ｂ）に相当する。

制御部２０は、ある探知サイクルで超音波を送信するときに、いずれかの番号の方位別周波数割り当てパターンをメモリーから取り出し、これを送信ビーム形成部５に送る。送信ビーム形成部５の送信信号生成回路５ｂは、方位別周波数割り当てパターンに含まれる周波数の正弦波の送信信号を生成し、各周波数の送信信号を該当する領域Ａ１〜Ａ１２の振動子２ごとの位相調整回路５ａに送る。この結果、例えば、番号１の方位別周波数割り当てパターンが使用される場合には、図１（ａ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ１２の振動子２はそれぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の正弦波で駆動され、方位Ｄ１〜Ｄ１２にそれぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波が送信される。番号２の方位別周波数割り当てパターンが使用される場合には、図１（ｂ）に示すように、領域Ａ１〜Ａ１２の振動子２はそれぞれ周波数ｆ１０〜ｆ９の正弦波で駆動され、方位Ｄ１〜Ｄ１２にそれぞれ周波数ｆ１０〜ｆ９の超音波が送信される。

図４は超音波の送受信を示すタイムチャートである。まず、最初の探知サイクルＤＣ１では、方位別周波数割り当て表３１ａの番号１の方位別周波数割り当てパターンを使用して所定時間だけ超音波を送信する。このとき、送信ビーム形成部５は、送信ビームの俯角が制御部２０から指定された俯角となるように各チャンネルの送信信号の位相を調整する。この結果、図１（ａ）に示すように、方位Ｄ１〜Ｄ１２にそれぞれ周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波が送信され、全方位に所定の俯角の傘状の送信ビームが送信される。

超音波を送信した後の受信期間においては、各振動子２で受信された受信信号は、受信アンプ６で増幅され、第１ＢＰＦ７でノイズ成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器８によって所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換される。受信ビーム形成部１１は、図４に示すように、受信期間が終了するまでチャンネル信号から方位Ｄ１〜Ｄ１２の受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２を順番に繰り返し形成して出力する。例えば、３つの領域Ａ１２〜Ａ２に含まれる振動子２のチャンネル信号から、方位Ｄ１に指向性主軸方向を有する受信ビームＢ１の受信ビーム信号Ｂ１を形成する。このようにして、送受波器１の全方位Ｄ１〜Ｄ１２の近距離から遠距離までの各断面の受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２が出力される。

第２ＢＰＦ１２には、受信ビーム形成部１１から順次出力される受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２に応じて、選択周波数ｆ１〜ｆ１２が制御部２０によって設定される。例えば、受信ビーム信号Ｂ１が出力されるときには選択周波数ｆ１が設定され、受信ビーム信号Ｂ２が出力されるときには選択周波数ｆ２が設定される。従って、受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２から、それぞれ方位Ｄ１〜Ｄ１２から到来した信号、すなわち受信ビームＢ１〜Ｂ１２の指向性主軸方向から到来した信号が抽出される。検波部１４は、第２ＢＰＦ１２から順次出力される受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２を検波する。画像処理部１６は、検波部１４から出力される検波信号に基づいて、表示部１７の中央から外側に向けて反時計回りに螺旋状に魚群などの画像を描画していく。

最初の探知サイクルＤＣ１において、方位Ｄ９に魚群が位置しており、方位Ｄ１に位置している他の船舶から全方位に周波数ｆ１の超音波が送信されていて、この超音波を受信したとする。この探知サイクルＤＣ１では、方位Ｄ１の受信ビーム信号Ｂ１に対しては、選択周波数ｆ１が第２ＢＰＦ１２に設定されるので、他の船舶からの周波数ｆ１の超音波による干渉信号を第２ＢＰＦ１２で除去することができない。このため、図５（ａ）に示すように、方位Ｄ１に干渉による偽像５２が表示される。また、方位Ｄ９には魚群の画像５１が表示される。尚、図中の「Ｒ＝４００ｍ」は探知距離が４００ｍであることを示し、「Ｔ＝０°」は送信ビームの俯角が０度であることを示す。また、魚群の位置、他の船舶の位置、他の船舶が送信する超音波の周波数は以降の探知サイクルＤＣ２〜ＤＣ５でも同じであるとする。

次の探知サイクルＤＣ２では、方位別周波数割り当て表３１ａの番号２の方位別周波数割り当てパターンを使用して所定時間だけ超音波を送信する。これにより、図１（ｂ）に示すように、周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波が送信される方位が図１（ａ）に比べて反時計方向に９０度だけ回転する。探知サイクルＤＣ２では、他の船舶の位置する方位Ｄ１の受信ビーム信号Ｂ１に対しては、方位Ｄ１の方位別周波数ｆ１０が選択周波数として第２ＢＰＦ１２に設定されるので、他の船舶からの周波数ｆ１の超音波による干渉信号を第２ＢＰＦ１２で除去することができる。この結果、図５（ｂ）に示すように、方位Ｄ９に魚群の画像５１のみが表示され、干渉による偽像５２は表示されない。

次の探知サイクルＤＣ３、ＤＣ４では、それぞれ方位別周波数割り当て表３１ａの番号３、４の方位別周波数割り当てパターンを使用し、選択周波数ｆ７、ｆ４がそれぞれ第２ＢＰＦ１２に設定されるので、他の船舶からの周波数ｆ１の超音波による干渉信号を第２ＢＰＦ１２で除去することができ、図５（ｂ）に示すように、方位Ｄ９に魚群の画像５１のみが表示される。次の探知サイクルＤＣ５では、方位別周波数割り当て表３１ａの番号１の方位別周波数割り当てパターンを再び使用するので、図５（ａ）に示すように、方位Ｄ１に干渉による偽像５２が表示され、方位Ｄ９に魚群の画像５１が表示される。

上述のように、方位Ｄ１〜Ｄ１２別に異なる周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波を送信し、受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２に対しては該当する方位Ｄ１〜Ｄ１２の周波数ｆ１〜ｆ１２の信号成分のみを第２ＢＰＦ１２で通過させるようにしているので、図５（ａ）に示すように、他の船舶の位置する方位Ｄ１にのみ干渉による偽像５２が表示され、隣接する方位Ｄ２，Ｄ１２などには干渉による偽像は表示されない。この結果、干渉による偽像５２が魚群などの画像５１を覆い隠してしまうケースが減少する。すなわち、魚群などの探知情報の欠落が防止される。

また、探知サイクルごとに各方位Ｄ１〜Ｄ１２に送信する超音波の周波数ｆ１〜ｆ１２を変えているので、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、干渉による偽像５２は、特許文献１のように同じ位置に継続して表示されることはなく、上述のように表示されたり消滅したりする。他の船舶の位置、使用する方位別周波数パターンの内容などによっては、干渉による偽像５２の表示位置が探知サイクルごとに移動することもある。いずれにしろ、干渉による偽像５２の表示状態が探知サイクルごとに変化する。それに対し、魚群などの画像は、探知サイクルが変っても略同じ位置に表示される。これにより、スキャニングソナーの操作者は干渉による偽像５２と魚群などの画像５１とを容易に識別することができ、魚群などの画像を間違いなく認識することができる。

次に、過去データ記憶部１５に記憶された検波信号を用いて、干渉による偽像５２が表示部１７に表示されないようにする方法について説明する。上述の探知サイクルＤＣ４の検波信号６１は、図６（ａ）に示すように、魚群信号６１ａのみを含む。上述の探知サイクルＤＣ５の検波信号６２は、図６（ｂ）に示すように、魚群信号６２ａと干渉信号６２ｂとを含む。ここで、図の不図示の横軸が時間軸であり、魚群信号６１ａ，６２ａの発生時間は略同じである。探知サイクルＤＣ４では、検波部１４から出力される検波信号６１は過去データ記憶部１５に順次書き込まれる。

探知サイクルＤＣ５では、検波部１４から出力される検波信号６２は過去データ記憶部１５に順次書き込まれる。このとき、画像処理部１６は、過去データ記憶部１５に記憶されている探知サイクルＤＣ４の検波信号６１を順次読み出し、両検波信号６１，６２を時間軸に沿って逐次比較し、レベルの小さい方の信号、すなわち最大レベルではない信号を逐次抽出し、抽出した信号を表示用信号６３（図６（ｃ））とし、この表示用信号６３に基づいて表示部１７に画像を描画する。ここでは魚群信号６２ａのレベルの方が魚群信号６１ａのレベルよりも小さく、干渉信号６２ｂの時刻では検波信号６１は無信号状態であるので、干渉信号６２ｂを含まない表示用信号６３が抽出される。この結果、探知サイクルＤＣ５でも干渉による偽像５２は表示されなくなる。この点については、他の探知サイクルＤＣ１〜ＤＣ４でも同様である。上記のようにして今回の探知サイクルＤＣ５の検波信号６２と過去の探知サイクルＤＣ４の検波信号６１とを大小比較して表示用信号６３を生成する処理を画像相関処理とよぶ。

上記のように、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、干渉による偽像５２が表示されなくなるので、装置の操作者は、画像の表示状態の変化から、その画像が干渉による偽像５２か魚群などの画像５１であるかを判断しなくともよい。これにより、干渉による偽像５２を魚群などの画像５１と間違うという人為的ミスを低減することができる。

上記の説明では、２つの探知サイクルＤＣ４，ＤＣ５の検波信号６１，６２から表示用信号６３を生成する場合について説明したが、特許文献１に示されるように、前回および前々回の探知サイクルの検波信号を過去データ記憶部１５に記憶させておき、前回、前々回および今回の探知サイクルの検波信号を時間軸に沿って逐次比較し、３つの検波信号の内で中間レベルの信号、すなわち最大レベルではない信号を抽出し、抽出した信号を表示用信号とするようにしてもよい。

次に、先に説明した状況とは異なる状況について考える。先の状況では、方位Ｄ１に位置する他の船舶から全方位に周波数ｆ１の超音波が送信される場合について説明した。ここでは、方位Ｄ１に本発明の装置と同じ装置を搭載した他の船舶が位置しているとする。送受波器１の状態は図１（ａ）の状態（方位別周波数割り当て表３１ａの番号１の方位別周波数割り当てパターンが使用されている）とする。他の船舶は方位Ｄ７に周波数ｆ１の超音波を送信する（方位別周波数割り当て表３１ａの番号３の方位別周波数割り当てパターンが使用されている）とする。そうすると、方位Ｄ１で受信信号の干渉が発生し、しかも周波数が共にｆ１であるので、第２ＢＰＦ１２で干渉信号を除去することができず、図５（ａ）に示すように、方位Ｄ１に干渉による偽像５２が表示される。

自船および他船の装置は同じプログラムで制御されているので、次の探知サイクルでは、それぞれ方位別周波数割り当て表３１ａの番号２および４の方位別周波数割り当てパターンが使用され、自船の方位Ｄ１には周波数ｆ１０が割り当てられ、他船の方位Ｄ７にも周波数ｆ１０が割り当てられるので、自船と他船の超音波の送信タイミングが同期してしる場合（例えば、自船と他船の探知距離が共に４００ｍである場合）は、次の探知サイクルでも方位Ｄ１の同じ距離位置に干渉による偽像５２が表示される。さらに、その後の探知サイクルでも方位Ｄ１の同じ距離位置に引き続き干渉による偽像５２が表示される。このため、操作者は表示される偽像５２を魚群の画像５１であると判断してしまう。また、偽像５２が引き続き同じ位置に表示されるので、上述の画像相関処理によって干渉による偽像５２を除去することもできない。

そこで、以下のようにして上記の問題を解決する。まず、制御部２０は、上述の乱数発生器２０ａが発生する乱数の値に所定の係数を掛け、例えば、０〜０．２秒程度のディレイ時間を生成する。そして、ある探知サイクルが終了した直後に次の探知サイクルの超音波の送信を開始せずに、上記のディレイ時間が経過してから次の探知サイクルの超音波の送信を開始するようにする。このようにすることで、自船と他船の超音波の送信タイミングが同期しなくなり、干渉が発生しても、干渉による偽像５２の表示状態は探知サイクルごとに変化する。従って、操作者は、表示される偽像５２が干渉による偽像５２であると判断することができる。また、上記の画像相関法によって干渉による偽像５２を除去することもできる。

また、本実施形態では、探知サイクルごとに方位別周波数割り当て表３１ａの方位別周波数割り当てパターンを番号順に切り換えて使用するようにしているが、乱数発生器２０ａが発生する乱数に値に基づいて方位別周波数割り当て表３１ａの番号を決め、その番号の方位別周波数割り当てパターンを使用するようにしてもよい。このようにすることで、自船と他船の超音波の送信タイミングが同期している場合であっても、２つの船舶の間で各方位Ｄ１〜Ｄ１２に割り当てられる方位別周波数ｆ１〜ｆ１２の相対的位置関係が探知サイクルごとにずれるので、干渉が発生しても、干渉による偽像５２の表示状態は探知サイクルごとに変化する。この結果、上記のディレイ時間を使用する場合と同様な効果が得られる。尚、方位別周波数割り当てパターン数の少ない方位別周波数割り当て表３１ａでは、乱数を使用した効果が十分に得られないので、図３（ｂ）に示すように、方位別周波数割り当てパターン数の多い方位別周波数割り当て表３１ｂを用いることが望ましい。

本発明の第２の実施形態について説明する。先の実施形態では、干渉が発生した場合に、表示された画像が干渉による偽像５２または魚群などの画像５１のいずれであるかを装置の操作者が判断できるようにする方法、および干渉による偽像５２が表示されないようにする方法について説明したが、本実施形態では干渉による偽像５２が表示されるのを未然に防止するようにしている。本実施形態でも、図２に示すスキャニングソナーが使用される。図７は、第２の実施形態の超音波の送受信を示すタイムチャートである。各探知サイクルＤＣ１，ＤＣ２において、超音波を送信する前に他の船舶からの超音波の有無および周波数を調べるために干渉チェックを行う点で図４に示すものと異なる。

干渉チェックは以下のようにして行われる。受信アンプ６、第１ＢＰＦ７、Ａ／Ｄ変換器８およびバッファメモリー１０は、受信期間と同様の動作をする。ゲイン調整部９は、制御部２０の指示によって、一定の増幅率で受信信号を増幅するように動作する。他の船舶からの超音波は主に水平方向から到来するので、受信ビーム形成部１１は、制御部２０の指示によって、俯角が比較的小さい（例えば、０度）送信ビームが送信されたときに形成される受信ビーム信号を形成するように動作する。そして、受信ビーム形成部１１は、各方位Ｄ１〜Ｄ１２の受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２を順次出力する。他の船舶からの超音波を受信している場合には、受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２は干渉信号を含むことになる。中心周波数検出部１３は、受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２の中心周波数を検出することによって、各方位Ｄ１〜Ｄ１２から到来する干渉信号の中心周波数を検出する。中心周波数をリアルタイムに検出するいくつかの方法があるが、本実施形態では特許文献５に示される複素自己相関法を用いる。

複素自己相関法によれば、下記の式（１）の複素数形式で表される受信ビーム信号Ｚ（ｔ）の中心周波数ｆ_Ｃは、下記の式（２）から算出される。
Ｚ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）＋ｊ・Ｑ（ｔ） （１）
ｆ_Ｃ＝（１／２πＴ）・ｔａｎ^−１｛Ｒi（ｔ）／Ｒr（ｔ）｝ （２）
ここで、ＴはＡ／Ｄ変換器８のサンプリング周期である。Ｒr（ｔ）およびＲi（ｔ）は、自己相関関数Ｒ（ｔ）＝Ｒr（ｔ）＋ｊ・Ｒi（ｔ）の実数部および虚数部であって、下記の式（３）、（４）で表される。
Ｒr（ｔ）＝Ｉ（ｔ）・Ｉ（ｔ−１）＋Ｑ（ｔ）・Ｑ（ｔ−１） （３）
Ｒi（ｔ）＝Ｉ（ｔ−１）・Ｑ（ｔ）−Ｉ（ｔ）・Ｑ（ｔ−１） （４）
中心周波数検出部１３では、上記の式（２）の演算を各方位Ｄ１〜Ｄ１２の受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２について行い、方位Ｄ１〜Ｄ１２ごとの中心周波数、すなわち他の船舶から送信される超音波の周波数をリアルタイムに求める。このとき、受信ビーム信号Ｂ１〜Ｂ１２の信号レベルが所定値以下であれば、中心周波数は０として扱われる。

そして、検出された各方位Ｄ１〜Ｄ１２の中心周波数が制御部２０に送られる。全ての方位Ｄ１〜Ｄ１２の中心周波数が０である場合は、制御部２０は、方位別周波数割り当て表３１ａの次の番号の方位別周波数割り当てパターンを用いて先の実施形態と同様にして魚群などの探知を行う。それに対し、いずれかの方位の中心周波数が０ではない場合には、当該方位に検出された中心周波数と同じ周波数、または近似する周波数が割り当てられないように方位別周波数割り当てパターンを選択する。例えば、方位Ｄ５の中心周波数がｆ２であるときは、方位別周波数割り当て表３１ａの番号２以外の方位別周波数割り当てパターンを用いる。

例えば、番号４の方位別周波数割り当てパターンが用いられた場合には、受信期間中に方位Ｄ５から他の船舶の周波数ｆ２の超音波が到来しても、方位Ｄ５の受信ビーム信号Ｂ５に対しては選択周波数ｆ８が第２ＢＰＦ１２に設定されるので、周波数ｆ２の干渉信号が除去され、干渉による偽像５２は表示部１７に表示されない。このように、超音波を送信する前に干渉チェックを行い、他の船舶からの超音波が検出された場合には、干渉信号を第２ＢＰＦ１２で除去できるように各方位Ｄ１〜Ｄ１２に方位別周波数ｆ１〜ｆ１２を割り当てるので、干渉による偽像５２が表示部１７に表示されるのを未然に防止することができる。

また、干渉チェックが行われたときには他の船舶から超音波が送信されていなかったが、受信期間に入ってから他の船舶から超音波が送信されることがある。この場合でも、先の実施形態に示されるように探知サイクルごとに方位別周波数ｆ１〜ｆ１２を切り換えることにより、干渉による偽像５２と魚群の画像５１とを識別することが可能となる。さらに、先の実施形態に示される画像相関処理を用いることで、干渉による偽像５２が表示部１７に表示されないようにすることもできる。

上記実施形態では、１つの探知サイクルごとに方位別別周波数ｆ１〜ｆ１２を切り換えるようにしたが、複数の探知サイクルごとに方位別別周波数ｆ１〜ｆ１２を切り換えるようにしても１つの探知サイクルごとに切り換える場合と略同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、送受波器１を１２の領域Ａ１〜Ａ１２に分割し、各領域Ａ１〜Ａ１２にそれぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆ１２を割り当てるようにしたが、領域Ａ１〜Ａ１２の数は１２より多くても少なくてもよい。また、各領域に割り当てられる周波数は互いに全て異なる周波数である必要はなく、例えば、図３（ｃ）の方位別周波数割り当て表３１ｃの番号１に示すように、異なる領域（例えば、領域Ａ３とＡ１１）に同じ周波数の方位別周波数（例えば、周波数ｆ３）を割り当てるようにしても本発明を実施することができる。

さらに、上記実施形態では、受信ビームＢ１〜Ｂ１２を形成する受信開口角を９０度とし、各方位の受信ビームＢ１〜Ｂ１２を形成する際に受信開口を３０度ずつ回転させて１２の受信ビームＢ１〜Ｂ１２を形成するようにしたが、受信開口角は９０度に限定されるものではないし、受信開口の回転角を小さくし、より多くの本数の受信ビームを形成するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、各振動子２から単一周波数の超音波を送信する場合について説明したが、所定の周波数帯域を持つ超音波、例えば、中心周波数をｆとし、周波数がｆ−Δｆ（または、ｆ＋Δｆ）からｆ＋Δｆ（または、ｆ−Δｆ）まで連続的に変化するＦＭ変調された超音波などを送信する場合にも、本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、傘状の送信ビームが用いられる場合について説明したが、本発明は図１０に示す扇形の送信ビームＢｔを使用する場合でも実施することができる。この場合、本発明の方位は扇形の送信ビームＢｔの鉛直面内における方位となる。さらに、上記実施形態では、円柱状の送受波器１を用いた場合について説明したが、他の形状の送受波器、例えば球形の本体の表面に多数の振動子が設けられた送受波器を用いても本発明を実施することができる。さらに、上記実施形態では、波浪などによる船舶のローリング、ピッチングの影響について説明しなかったが、これらの影響をキャンセルするために、ローリング角、ピッチング角に基づいて、送信ビーム形成時の位相調整量および受信ビーム形成時の位相補正量が適宜修正される。

以上述べた実施形態においては、水中探知装置がスキャニングソナーである場合について説明したが、本発明はセクタースキャニングソナーやサーチライトソナー、ドップラー潮流計（以下、潮流計という）などの水中探知装置でも実施することができる。まず、セクタースキャニングソナーにおける本発明の動作を説明する。スキャニングソナーでは、図８に示すように、送受波器１の全周に傘形の送信ビームＢｔが形成されたが、セクタースキャニングソナーでは、送受波器の周囲に所定の中心角（ここでは、中心角を９０度とする）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、扇形の送信ビーム内をペンシル状の受信ビームで走査することにより、送信ビーム内の各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きるのは扇形の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、送信ビームの俯角の制御も機械的に行われる。

まず、第１の探知サイクル（第１の探知工程）について説明する。第１の探知サイクルでは、例えば、図１（ａ）に示す各方位の方位別周波数を用いて水中情報の探知が行われ、まず、方位Ｄ２を中心とした９０度の範囲に扇形の送信ビームが形成される。そして、方位Ｄ１〜Ｄ３の受信ビームＢ１〜Ｂ３を用いて各方位Ｄ１〜Ｄ３の水中情報の探知が行われる。このとき、スキャニングソナーの場合と同様にして、受信ビームＢ１〜Ｂ３は、それぞれバンドパスフィルタによって方位別周波数ｆ１〜ｆ３で周波数選択が行われる。さらに、送受波器を機械的に９０度ずつ回転させて送信ビームの送信方向を変えることで、方位Ｄ４〜Ｄ６、方位Ｄ７〜Ｄ９および方位Ｄ１０〜Ｄ１２の水中情報の探知が引き続き行われ、第１の探知サイクルが終了する。第２の探知サイクル（第２の探知工程）では、例えば、図１（ｂ）に示す各方位の方位別周波数を用いて、第１の探知サイクルと同様にして各方位Ｄ１〜Ｄ１２の水中情報の探知が行われる。さらに、第３、第４、・・・の探知サイクルが引き続き実行される。

次に、サーチライトソナーにおける本発明の動作を説明する。サーチライトソナーでは、送受波器の振動子から１つの方位へ所定の俯角でペ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き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、超音波が送信される俯角の制御も機械的に行われる。

まず、第１の探知サイクルについて説明する。第１の探知サイクルでは、例えば、図１（ａ）に示す各方位の方位別周波数を用いて、まず、方位Ｄ１に周波数ｆ１の超音波を送信し、当該方位から帰来するエコー信号を振動子で受信し、この受信信号を方位別周波数ｆ１で周波数選択した信号に基づいて方位Ｄ１の水中情報の探知が行われる。同様にして、送受波器を機械的に３０度ずつ回転させて超音波の送信方向を変えることで、方位Ｄ２〜Ｄ１２の水中情報の探知も行われ、第１の探知サイクルが終了する。第２の探知サイクルでは、例えば、図１（ｂ）に示す各方位の方位別周波数を用いて、第１の探知サイクルと同様にして各方位Ｄ１〜Ｄ１２の水中情報の探知が行われる。さらに、第３、第４、・・・の探知サイクルが引き続き実行される。

上述のように、方位Ｄ１〜Ｄ１２別に異なる周波数ｆ１〜ｆ１２の超音波を送信し、各方位の受信信号を該当する方位Ｄ１〜Ｄ１２の方位別周波数ｆ１〜ｆ１２で周波数選択しているので、干渉による偽像が表示される方位が限定され、干渉による偽像が魚群などの画像を覆い隠してしまうケースが減少する。また、探知サイクル（探知工程）ごとに各方位Ｄ１〜Ｄ１２に送信する超音波の周波数ｆ１〜ｆ１２を変えているので、超音波の送信タイミングが他の船舶の超音波の送信タイミングと同期している場合であっても、干渉による偽像の表示状態は探知サイクルごとに変化する。それに対し、魚群などの画像は、探知サイクルが変っても略同じ位置に表示されるので、セクタースキャニングソナーやサーチライトソナーの操作者は干渉による偽像と魚群などの画像とを容易に識別することができ、魚群などの画像を間違いなく認識することができる。

次に、潮流計における本発明の動作を説明する。潮流計は、所定の俯角を有する超音波を船舶の前後左右の４つの方位に送信し、各方位の受信信号に含まれる、海水中の散乱物や海底からのエコー信号、すなわち水中情報を検出することで潮流の速度や方向を求め、これらを表示部に表示する。第１の探知サイクルでは、送受波器の振動子から４つの方位にそれぞれ方位別周波数ｆ１〜ｆ４の超音波が送信され、各方位から帰来するエコー信号を振動子で受信し、この受信信号を方位別周波数ｆ１〜ｆ４でそれぞれ周波数選択した信号に基づいて各方位の水中情報が検出される。第２の探知サイクルでは、方位別周波数が第１の探知サイクルとは異なるように、例えば、上記の４つの方位に方位別周波数ｆ３、ｆ４、ｆ１、ｆ２の超音波を送信することによって、各方位の水中情報が検出される。

ここで、他の船舶から送信された超音波によって受信信号の干渉が発生すると、各方位の水中情報の内で１つの方位の水中情報が第１の探知サイクルと第２の探知サイクルとで大きく相違する。このような水中情報の相違が検出された場合は、再び第１および第２の探知サイクルが行われ、上記の水中情報の相違の有無が判定される。一方、上記の水中情報の相違が検出されなかった場合は、第１または第２の探知サイクルで得られた４つの方位の水中情報から潮流の速度や方向が求められる。上記のように、第１と第２の探知サイクルでそれぞれ互いに異なる方位別周波数を用いるので、他の船舶から送信された超音波による干渉の発生を検出することができ、正しくない潮流の速度や方向が求められるのを防止することができる。尚、船舶の前後左右の４つの方位ではなく、１２０度ずつ離角した３つの方位に超音波を送信する潮流計でも、同様に潮流の速度や方向を求めることができる。

送受波器の方位別周波数を示す図である。 スキャニングソナーの構成を示すブロック図である。 方位別周波数割り当て表を示す図である。 超音波の送受信を示すタイムチャートである。 干渉による偽像が表示された表示部の画面を示す図である。 画像相関処理を説明するための図である。 第２の実施形態の超音波の送受信を示すタイムチャートである。 スキャニングソナーで水中情報を探知する態様を示す図である。 送受波器を示す図である。 送受波器から送信される扇形の送信ビームを示す図である。 従来の干渉による偽像が表示された表示部の画面を示す図である。

符号の説明

１ 送受波器
２ 振動子
５ 送信ビーム形成部
１１ 受信ビーム形成部
１２ 第２ＢＰＦ
１３ 中心周波数検出部
１５ 過去データ記憶部
１６ 画像処理部
１７ 表示部
２０ 制御部
２０ａ 乱数発生器
３１ａ〜３１ｃ 方位別周波数割り当て表
Ａ１〜Ａ１２ 送受波器の領域
Ｂ１〜Ｂ１２ 受信ビーム、受信ビーム信号
Ｄ１〜Ｄ１２ 方位
ｆ１〜ｆ１２ 方位別周波数

Claims (6)

1. 方位方向に複数の振動子を配列した送受波器と、当該複数の振動子を駆動して超音波を水中に送信する送信制御手段と、当該複数の振動子で受信される受信信号を合成して受信ビーム信号を形成する受信制御手段と、当該受信ビーム信号に含まれる探知対象物からのエコー信号に基づいて当該探知対象物の情報を表示部に表示させる表示制御手段とを備えた水中探知装置において、
   前記送信制御手段は、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波を送信するように前記各振動子を駆動し、且つ１つまたは複数の探知サイクルごとに各方位に送信する超音波の周波数または周波数帯域が変わるように前記各振動子を駆動し、
   前記受信制御手段は、１つまたは複数の探知サイクルごとに方位別に周波数選択して、各方位の受信ビーム信号を形成する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、
   過去の１つまたは複数の探知サイクルの受信ビーム信号を記憶する記憶部を備え、
   表示制御手段は、今回の探知サイクルの受信ビーム信号と前記記憶部に記憶された受信ビーム信号とから表示用信号を生成し、当該表示用信号に基づいて前記探知対象物の情報を前記表示部に表示させることを特徴とする水中探知装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の水中探知装置において、
   乱数を発生させる乱数発生器を備え、
   前記送信制御手段は、前記乱数発生器が発生する乱数の値に基づいて、超音波を送信するタイミングを変更し、または、前記乱数発生器が発生する乱数の値に基づいて、前記方位別に異なる周波数または周波数帯域に関して各方位と各方位に割り当てられる周波数または周波数帯域との関係を変更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、
   前記受信ビーム信号の中心周波数を検出する検出部を備え、
   前記検出部は、超音波を送信する前に前記各方位の受信ビーム信号から方位別の中心周波数を検出し、
   前記送信制御手段は、前記検出部で検出された方位別の中心周波数とは異なる周波数の超音波、または当該中心周波数とは異なる周波数を中心周波数とする周波数帯域の超音波を各方位に送信するように前記各振動子を駆動することを特徴とする水中探知装置。
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において、
   各方位と、各方位に割り当てられる超音波の周波数との関係を規定した方位別周波数割り当て表が設けられ、
   前記方位別周波数割り当て表には、複数の割り当てパターンが含まれており、
   前記送信制御手段は、１つまたは複数の探知サイクルごとに、前記方位別周波数割り当て表の異なる割り当てパターンを用いて、各方位に超音波を送信することを特徴とする水中探知装置。
6. 振動子から水中に超音波を送信し、振動子が受信した受信信号に基づいて水中情報を探知し、探知結果を表示部に表示する水中探知装置における水中探知方法であって、
   第１の探知サイクルにおいて、方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波を各方位に送信し、各方位の受信信号を前記方位別に周波数選択することにより生成された信号に基づき各方位の水中情報を探知し、
   第２の探知サイクルにおいて、前記方位別に異なる周波数または周波数帯域の超音波であって、第１の探知サイクルとは異なる周波数または周波数帯域の超音波を各方位に送信し、各方位の受信信号を前記方位別に周波数選択することにより生成された信号に基づき各方位の水中情報を探知することを特徴とする水中探知方法。

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