JP4953566B2 - Underwater detection device and underwater detection method - Google Patents
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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。 The present invention relates to an underwater detection apparatus and an underwater detection method for detecting underwater information such as an underwater fish school by transmitting and receiving ultrasonic waves.
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。
FIG. 8 is a diagram showing an aspect of detecting underwater information such as a school of fish using a scanning sonar that is one of the underwater detection devices. In the figure, 80 is a scanning sonar mounted on a
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。
As shown in FIG. 9, a large number of
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。
When a plurality of ships equipped with such a
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。
FIG. 11 is a diagram illustrating a screen of the display unit on which the
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。
Therefore, taking advantage of the fact that ultrasonic waves from other ships are generally not received at the same timing every time, the reception signal of the previous time, etc. is stored in the memory two times in advance to receive this time. The signal and the received signal of the previous time, the previous time, etc. are sequentially compared along the time axis of the received signal, and the received signal of the lowest level or the intermediate level is sequentially extracted from the plurality of received signals. It has been proposed to display an image on a display unit (for example, Patent Document 1). By doing so, the interference signal is removed and the false image is not displayed. Note that the update period of the display screen of the
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)。 In addition, the azimuth detection circuit provided in the ship obtains the absolute azimuth (east, west, north, south, etc.) of the ship's traveling direction, transmits ultrasonic waves with different frequencies for each absolute azimuth, and receives echo signals from each absolute azimuth It has also been proposed that a false image due to interference is not displayed by allowing only a signal having a frequency in the absolute direction to pass through a band-pass filter provided in the section (for example, Patent Document 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。
Although it does not prevent the false image due to the interference from being displayed,
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。
However, in the case shown in
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。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an underwater detection device and an underwater detection method that can reduce the adverse effects of ultrasonic waves transmitted from other ships. It is in.
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。 In the present invention, a transducer having a plurality of transducers arranged in the azimuth direction, transmission control means for driving the plurality of transducers to transmit ultrasonic waves into water, and reception received by the plurality of transducers Reception control means for combining signals to form a reception beam signal; and display control means for displaying information on the detection target object on a display unit based on an echo signal from the detection target object included in the reception beam signal. In the underwater detection apparatus provided, the transmission control means drives each transducer so as to transmit ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands depending on the direction, and transmits the ultrasonic wave to each direction every one or a plurality of detection cycles. Each transducer is driven so that the frequency or frequency band of the sound wave changes. The reception control means selects a frequency for each azimuth every one or a plurality of detection cycles to form a reception beam signal for each azimuth. Here, the “azimuth” is a concept including not only the angular position in the horizontal plane but also the position of the umbrella-shaped transmission beam in the circumferential direction and the position of the fan-shaped transmission beam in the arc direction. “Frequency selection” is a concept including not only a single frequency but also a predetermined frequency band. The transmission control means corresponds to the transmission beam forming unit, the control unit, and the like described in the embodiment. The reception control means corresponds to the reception beam forming unit, the second BPF, the control unit, and the like described in the embodiment.
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。
In this way, ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands are transmitted for each direction, and the frequency is selected for each direction to form a reception beam signal for each direction. As a result, even if a false image (due to interference) due to reception of an ultrasonic wave transmitted from another ship is displayed, the false image is displayed only in a narrow limited range in the azimuth direction. Missing display of detection information such as school of fish is prevented. In addition, since the frequency or frequency band of the ultrasonic wave transmitted in each direction is changed every one or a plurality of detection cycles, the ultrasonic wave transmission timing is synchronized with the ultrasonic wave transmission timing of other ships. Even if it exists, a false image is not continuously displayed on the same position of a display part like
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。 In the embodiment of the present invention, a storage unit that stores the reception beam signal of one or more past detection cycles is provided, and the display control means receives the reception beam signal of the current detection cycle and the reception unit stored in the storage unit. It is possible to generate a display signal from the beam signal and display information on the detection target object on the display unit based on the display signal. Here, the received beam signal stored in the storage unit may be either a received beam signal after detection or a received beam signal before detection. The display signal is generated by, for example, sequentially comparing the received beam signal of the current detection cycle with the received beam signal stored in the storage unit along the time axis, and receiving or storing the received beam signal of the current detection cycle. This is performed by sequentially extracting received beam signals at levels other than the highest level among the received beam signals. By doing so, even if the transmission timing of the ultrasonic wave is synchronized with the transmission timing of the ultrasonic wave of another ship, a false image due to interference is not displayed. This eliminates the need for the operator of the underwater detection device to determine whether the image is a false image due to interference or an image of a school of fish from the change in the display state of the image, thereby reducing human error of the operator. be able to.
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。 Further, in the embodiment of the present invention, it includes a random number generator for generating a random number, the transmission control means based on the value of the random number generator is generated, by changing the timing of transmitting ultrasonic waves, or, Based on the value of the random number generated by the random number generator, the relationship between each azimuth and the frequency or frequency band assigned to each azimuth can be changed for different frequencies or frequency bands depending on the azimuth. By doing in this way, even when other ships are using the underwater detection device of the present invention and the transmission timing of the ultrasonic wave is synchronized with the transmission timing of the ultrasonic wave of the other ship, The transmission timing is not synchronized, or the relative positional relationship of the frequency or frequency band for each direction assigned to each direction between the two underwater detection devices is shifted for each detection cycle. As a result, the false image due to the interference is not displayed, or the display state of the false image is changed every detection cycle, so that it is possible to prevent the false image from being mistaken for an image such as a school of fish.
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。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, a detection unit that detects the center frequency of the reception beam signal is provided, and the detection unit detects the center frequency for each direction from the reception beam signal of each direction before transmitting the ultrasonic wave. The transmission control means transmits ultrasonic waves having a frequency different from the center frequency for each direction detected by the detection unit, or ultrasonic waves having a frequency band having a frequency different from the center frequency to each direction. Each vibrator can be driven. By doing in this way, the center frequency of the interference signal by receiving the ultrasonic wave from other ships which arrives from each azimuth | direction can be detected. When an interference signal is detected, an ultrasonic wave having a frequency different from the center frequency for each direction detected by the detection unit, or an ultrasonic wave in a frequency band having a frequency different from the center frequency as the center frequency is detected. Transmitted in each direction, the interference signal is removed by the reception control means. Thereby, it is possible to prevent a false image due to interference from being displayed on the display unit.
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。 Furthermore, the present invention is an underwater detection method in an underwater detection device that transmits ultrasonic waves from a transducer into water, detects underwater information based on a received signal received by the transducer, and displays a detection result on a display unit. Then, in the first detection cycle, underwater information of each direction based on a signal generated by transmitting ultrasonic waves of different frequencies or frequency bands to each direction and selecting a received signal of each direction by frequency for each direction in the first detection cycle. was detected, in the second detection cycle, the different frequencies or frequency bands in azimuth by an ultrasonic, ultrasonic waves of different frequencies or frequency bands from the first detection cycle to send to each orientation, for each orientation based on the signals generated by selecting a frequency of the received signal by orientation detect the water information of each orientation. Here, the “azimuth” is a concept including not only the angular position in the horizontal plane but also the position of the umbrella-shaped transmission beam in the circumferential direction and the position of the fan-shaped transmission beam in the arc direction. “Frequency selection” is a concept including not only a single frequency but also a predetermined frequency band. Also, it may not take place immediately the second detection cycle after the first detection cycle only once, for example, after the first detection cycle twice, so as to perform the second detection cycle Also good.
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。
In this way, ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands are transmitted for each direction, and the frequency of the received signal in each direction is selected for each direction. As a result, even if a false image (due to interference) due to reception of an ultrasonic wave transmitted from another ship is displayed, the false image is displayed only in a narrow limited range in the azimuth direction. Missing display of detection information such as school of fish is prevented. Also, since the frequency or frequency band of the ultrasonic waves transmitted in each direction is different between the first detection cycle and the second detection cycle , the ultrasonic transmission timing is synchronized with the ultrasonic transmission timing of other ships. Even in this case, the false image is not continuously displayed at the same position of the display unit as in
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence of the ultrasonic wave transmitted from another ship can be reduced. That is, even if the vibrator receives ultrasonic waves from another ship, the false image due to interference is displayed so that it can be identified from the image of the school of fish, etc. The image is not mistaken for an image of a school of fish and the like, and it is possible to prevent a decrease in fishing work efficiency.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
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fH、最も低い周波数f1を最低周波数fL、中位の周波数f6またはf7を中位周波数fMとよぶことにする。
First, an outline of the transmission beam and the reception beam will be described with reference to FIG. The
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。
When receiving an ultrasonic wave, a reception beam signal is formed from a reception signal of the
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。
In the next detection cycle, as shown in FIG. 1B, the azimuth-specific frequencies f1 to f12 are assigned to the regions A1 to A12 in a manner different from that shown in FIG. In the present invention, by changing the direction-specific frequencies f1 to f12 for each detection cycle, when interference occurs due to ultrasonic waves transmitted from other ships, it is possible to identify a false image due to the interference and an image such as a school of fish. Or prevent false images due to interference from being displayed. Details of this point will be described later. Further, since the frequency of the signal for driving each
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。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a scanning sonar (hereinafter also referred to as an apparatus) which is one of the underwater detection apparatuses according to the present invention. The
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。
The transmission
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fL〜最大周波数fH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。
Next, the receiving system will be described. The reception signal (channel signal) received by each
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fM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。
In A /
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。
The
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。
The reception
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。
The second BPF 12 (band pass filter) takes into account the frequency variation of the received signal due to the Doppler effect of vessel navigation, and selects the selected frequency (for example, any one of the frequencies f1 to f12) from the received beam signal. ) Only. As the selection frequency, the azimuth-specific frequencies f1 to f12 of the ultrasonic waves transmitted in the same directions D1 to D12 as the reception beams B1 to B12 are designated. For example, when the received beam signal B1 is filtered, the
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。
A DSP (digital signal processor) (not shown) of the
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。
The
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。
Next, the operation of the scanning sonar according to the present invention will be described. First, as shown in FIG. 1 (a), a method of assigning the orientation-specific frequencies f1 to f12 to the regions A1 to A12 of the
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。
When transmitting an ultrasonic wave in a certain detection cycle, the
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。
FIG. 4 is a time chart showing transmission and reception of ultrasonic waves. First, in the first detection cycle DC1, ultrasonic waves are transmitted for a predetermined time using the frequency allocation pattern classified by direction No. 1 in the frequency allocation table 31a classified by orientation. At this time, the transmission
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。
In the reception period after transmitting the ultrasonic wave, the reception signal received by each
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。
In the
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。
Assume that in the first detection cycle DC1, a school of fish is located in the azimuth D9, and an ultrasonic wave having a frequency f1 is transmitted from all other ships located in the azimuth D1 in all directions, and this ultrasonic wave is received. . In this detection cycle DC1, since the selected frequency f1 is set to the
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。
In the next detection cycle DC2, ultrasonic waves are transmitted for a predetermined time by using the frequency allocation pattern by direction of
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。
In the next detection cycles DC3 and DC4, the frequency allocation patterns by
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。
As described above, ultrasonic waves of different frequencies f1 to f12 are transmitted for each of the directions D1 to D12, and only the signal components of the frequencies f1 to f12 of the corresponding directions D1 to D12 are received by the
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。
Moreover, since the frequencies f1 to f12 of the ultrasonic waves transmitted to the respective directions D1 to D12 are changed for each detection cycle, the ultrasonic transmission timing is synchronized with the ultrasonic transmission timings of other ships. However, the
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。
Next, a method for preventing the
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。
In the detection cycle DC5, the
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。
As described above, even when the ultrasonic transmission timing is synchronized with the ultrasonic transmission timing of other ships, the
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。
In the above description, the case where the
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。
Next, consider a situation different from the situation described above. In the previous situation, a case has been described in which ultrasonic waves of frequency f1 are transmitted in all directions from another ship located in the direction D1. Here, it is assumed that another ship equipped with the same device as the device of the present invention is located in the direction D1. The state of the transmitter /
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。
Since the own ship and the other ship's devices are controlled by the same program, in the next detection cycle, the respective frequency assignment patterns of No. 2 and No. 4 in the direction-specific frequency assignment table 31a are used, and the own ship's direction D1. Is assigned the frequency f10 and the direction f7 of the other ship is also assigned the frequency f10. Therefore, when the transmission timings of the ultrasonic waves of the own ship and the other ship are synchronized (for example, detection of the own ship and the other ship). When both distances are 400 m), a
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。
Therefore, the above problem is solved as follows. First, the
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。
In this embodiment, the direction-specific frequency assignment pattern of the direction-specific frequency assignment table 31a is switched in order of number for each detection cycle. However, the random number generated by the
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。
A second embodiment of the present invention will be described. In the previous embodiment, when interference occurs, a method that allows an operator of the apparatus to determine whether the displayed image is a
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。
The interference check is performed as follows. The
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fCは、下記の式(2)から算出される。
Z(t)=I(t)+j・Q(t) (1)
fC=(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。
According to the complex autocorrelation method, the center frequency f C of the received beam signal Z (t) represented in the complex form of the following equation (1) is calculated from the following equation (2).
Z (t) = I (t) + j · Q (t) (1)
f C = (1 / 2πT) tan −1 {R i (t) / R r (t)} (2)
Here, T is the sampling period of the A /
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)
The
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。
Then, the detected center frequencies of the respective directions D1 to D12 are sent to the
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。
For example, when the frequency allocation pattern by direction of
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。
In addition, when the interference check is performed, ultrasonic waves are not transmitted from other ships, but ultrasonic waves may be transmitted from other ships after entering the reception period. Even in this case, by switching the orientation-specific frequency f1~f12 each detection cycle, as shown in the previous embodiment, it is possible to identify the
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。 In the above embodiment, the direction-specific frequencies f1 to f12 are switched for each detection cycle. However, even if the direction-specific frequencies f1 to f12 are switched for a plurality of detection cycles, the direction-specific frequencies f1 to f12 are switched for each detection cycle. The same effect as when switching is obtained.
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。
Moreover, in the said embodiment, although the transmitter /
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。
Further, in the above-described embodiment, the reception aperture angle for forming the reception beams B1 to B12 is 90 degrees, and when the reception beams B1 to B12 of each direction are formed, the reception aperture is rotated by 30 degrees for each of the 12 reception beams B1. However, the reception aperture angle is not limited to 90 degrees, and the rotation angle of the reception aperture may be reduced to form a larger number of reception beams. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where a single-frequency ultrasonic wave is transmitted from each
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。
Furthermore, although the case where the umbrella-shaped transmission beam is used has been described in the above embodiment, the present invention can be implemented even when the fan-shaped transmission beam Bt shown in FIG. 10 is used. In this case, the direction of the present invention is the direction in the vertical plane of the fan-shaped transmission beam Bt. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the
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。
In the embodiments described above, the case where the underwater detection device is a scanning sonar has been described. However, the present invention is also implemented in an underwater detection device such as a sector scanning sonar, a searchlight sonar, and a Doppler tide meter (hereinafter referred to as a tide meter). can do. First, the operation of the present invention in the sector scanning sonar will be described. In the scanning sonar, as shown in FIG. 8, an umbrella-shaped transmission beam Bt is formed on the entire circumference of the
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。 First, the first detection cycle (first detection process) will be described. In the first detection cycle, for example, detection of underwater information is performed using the frequency for each direction shown in FIG. 1A, and first, a fan-shaped transmission beam in a range of 90 degrees centered on the direction D2. Is formed. And underwater information of each direction D1-D3 is detected using receiving beam B1-B3 of direction D1-D3. At this time, in the same manner as in the case of the scanning sonar, the reception beams B1 to B3 are frequency-selected by the direction-specific frequencies f1 to f3 by the band pass filters, respectively. Furthermore, by detecting the underwater information of the azimuths D4 to D6, the azimuths D7 to D9, and the azimuths D10 to D12 by continuously rotating the transducer by 90 degrees and changing the transmission direction of the transmission beam, One detection cycle ends. In the second detection cycle (second detection step), for example, the underwater information of each azimuth D1 to D12 is used in the same manner as in the first detection cycle using the directional frequency of each azimuth shown in FIG. Is detected. Further, the third, fourth,... Detection cycles are continuously executed.
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。 Next, the operation of the present invention in searchlight sonar will be described. In searchlight sonar, a pencil-shaped ultrasonic wave is transmitted from a transducer of a transducer at a predetermined depression angle in one direction. Based on the received signal received by the transducer, detection of underwater information in the direction is performed. Since only a narrow pencil-shaped area can be detected by one transmission of ultrasonic waves, the entire circumference is detected by mechanically rotating the transducer. Further, the depression angle at which the ultrasonic wave is transmitted is also mechanically performed.
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。 First, the first detection cycle will be described. In the first detection cycle, for example, first, an ultrasonic wave having a frequency f1 is transmitted to the azimuth D1 using the directional frequency of each azimuth shown in FIG. 1A, and an echo signal returned from the azimuth is transmitted to the transducer. The underwater information in the direction D1 is detected based on a signal selected from the received signal at the frequency f1 by direction. Similarly, by detecting the underwater information in the directions D2 to D12 by mechanically rotating the transmitter / receiver by 30 degrees to change the ultrasonic wave transmission direction, the first detection cycle is completed. In the second detection cycle, for example, the underwater information in each direction D1 to D12 is detected in the same manner as in the first detection cycle, using the direction-specific frequency shown in FIG. 1B. Further, the third, fourth,... Detection cycles are continuously executed.
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。 As described above, ultrasonic waves having different frequencies f1 to f12 are transmitted for the respective directions D1 to D12, and the reception signals of the respective directions are frequency-selected at the respective directional frequencies f1 to f12 of the corresponding directions D1 to D12. The direction in which the false image is displayed is limited, and the number of cases where the false image due to interference covers an image of a school of fish is reduced. Moreover, since the frequency f1-f12 of the ultrasonic wave transmitted to each direction D1-D12 is changed for every detection cycle (detection process), the transmission timing of the ultrasonic wave is synchronized with the transmission timing of the ultrasonic wave of another ship. Even in such a case, the display state of the false image due to the interference changes every detection cycle. On the other hand, fish and other images are displayed at approximately the same position even if the detection cycle changes, so operators of sector scanning sonar and searchlight sonar can easily identify false images from interference and images of fish. And can definitely recognize images of fish schools.
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。 Next, the operation of the present invention in the tide meter will be described. The tide meter transmits ultrasonic waves with a predetermined depression angle to the front, rear, left, and right directions of the ship, and detects scattered signals in seawater and echo signals from the seabed, that is, underwater information, included in the received signals of each direction. By doing so, the speed and direction of the tidal current are obtained, and these are displayed on the display unit. In the first detection cycle, ultrasonic waves having different frequencies f1 to f4 are transmitted in four directions from the transducer of the transducer, and echo signals coming from each direction are received by the transducer. Underwater information in each azimuth is detected based on signals that have been frequency-selected at azimuth-specific frequencies f1 to f4. In the second detection cycle, for example, by transmitting ultrasonic waves of the azimuth-specific frequencies f3, f4, f1, and f2 to the above four azimuths so that the azimuth-specific frequencies are different from those of the first detection cycle, Underwater information of direction is detected.
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。 Here, when interference of reception signals occurs due to ultrasonic waves transmitted from other ships, the underwater information in one azimuth is greatly increased in the first detection cycle and the second detection cycle among the underwater information in each direction. Is different. When such a difference in underwater information is detected, the first and second detection cycles are performed again to determine whether there is a difference in the underwater information. On the other hand, if the difference in the underwater information is not detected, the speed and direction of the tidal current are obtained from the underwater information in the four directions obtained in the first or second detection cycle. As described above, since different azimuth-specific frequencies are used in the first and second detection cycles, it is possible to detect the occurrence of interference due to ultrasonic waves transmitted from other ships, It is possible to prevent the direction from being required. It should be noted that the speed and direction of the tidal current can be obtained in the same manner with a tide meter that transmits ultrasonic waves in three azimuths separated by 120 degrees instead of the four azimuths on the front, rear, left and right sides of the ship.
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
DESCRIPTION OF
13 Center
Claims (6)
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。 A transmitter / receiver in which a plurality of transducers are arranged in the azimuth direction, transmission control means for driving the plurality of transducers to transmit ultrasonic waves into water, and a reception signal received by the plurality of transducers are synthesized. Underwater detection comprising: reception control means for forming a reception beam signal; and display control means for displaying information on the detection target object on a display unit based on an echo signal from the detection object included in the reception beam signal. In the device
The transmission control means drives each transducer so as to transmit ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands according to directions, and transmits the ultrasonic frequencies or frequencies transmitted to the respective directions every one or a plurality of detection cycles. Drive each transducer so that the band changes,
The underwater detection apparatus, wherein the reception control means selects a frequency for each direction for each one or a plurality of detection cycles to form a reception beam signal in each direction.
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。 The underwater detection device according to claim 1,
A storage unit for storing received beam signals of one or more past detection cycles;
The display control means generates a display signal from the received beam signal of the current detection cycle and the received beam signal stored in the storage unit, and based on the display signal, information on the detection target is displayed on the display unit. An underwater detection device characterized by being displayed on the screen.
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。 In the underwater detection device according to claim 1 or 2,
A random number generator for generating random numbers,
The transmission control means changes the timing of transmitting an ultrasonic wave based on the random number value generated by the random number generator , or varies depending on the direction based on the random number value generated by the random number generator. An underwater detection apparatus characterized by changing the relationship between each direction and the frequency or frequency band assigned to each direction with respect to the frequency or frequency band.
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。 The underwater detection device according to any one of claims 1 to 3,
A detector for detecting a center frequency of the received beam signal;
The detection unit detects a center frequency for each direction from the reception beam signal of each direction before transmitting an ultrasonic wave,
The transmission control unit transmits, in each direction, an ultrasonic wave having a frequency different from the central frequency for each direction detected by the detection unit, or an ultrasonic wave in a frequency band having a frequency different from the central frequency as the central frequency. As described above, an underwater detection apparatus that drives each of the vibrators as described above.
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、A frequency allocation table for each direction that defines the relationship between each direction and the frequency of the ultrasonic wave allocated to each direction is provided.
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、The direction-specific frequency allocation table includes a plurality of allocation patterns,
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。The underwater detection apparatus, wherein the transmission control means transmits an ultrasonic wave to each direction using different allocation patterns in the frequency allocation table for each direction for every one or a plurality of detection cycles.
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。 An underwater detection method in an underwater detection device that transmits ultrasonic waves from a transducer into water, detects underwater information based on a received signal received by the transducer, and displays a detection result on a display unit,
In the first detection cycle, ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands are transmitted to each direction in each direction, and underwater information in each direction is obtained based on a signal generated by selecting the frequency of the received signal in each direction according to the direction. detection and,
In the second detection cycle, ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands depending on the direction, and ultrasonic waves having different frequencies or frequency bands from the first detection cycle are transmitted to each direction. underwater detection wherein the benzalkonium to detect the water information of each orientation on the basis of the signal generated by the frequency selected by the azimuth.
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