JPS6140944B2

JPS6140944B2 -

Info

Publication number: JPS6140944B2
Application number: JP52115257A
Authority: JP
Inventors: Aasaa Girumoa Jooji
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1986-09-11
Also published as: FR2365808A1; CA1075803A; FR2365808B1; US4088978A; GB1592276A; JPS5342765A; DE2742629A1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、解像度を高めた多ビーム式の側方
探査ソナー装置に関するものである。

塔載体に塔載された側方探査ソナー装置は、音
響パルスを繰り返して発射し、目標区域を探査す
る。目標区域の狭いストリツプから反射されたエ
ネルギーは、多区分型の細長いトランスジユーサ
によつて検出され、かつ１走査線づつの画像とし
て描かれる。この画像は、側光で照明された光学
的なパノラマに似た光と影のパターンである。物
体はそれを識別するために上述したような仕方で
輪郭が描かれる。

検知されかつパルスを発射する毎に描かれる区
域を拡大することにより、塔載体の速度従つて捜
索速度が相当速められる。これは、米国特許第
3950723号明細書に開示されたような多ビーム式
受信ビームを使つて行なわれる。この特許では、
細長い受信トランスジユーサの複数個のトランス
ジユーサ区分からの個々の出力信号は多ビームを
形成するような仕方で処理され、そして装置はど
のビーム従つて総ての戻りビームの焦点が一定で
あるように焦点距離を電子的に変えれる。

合成されたアパーチヤ・ビームを有する側方探
査レーダの原理を側方探査ソナー装置に適用する
ことに相当関心が高まつてきている。合成アパー
チヤ・ビームを有する装置は、物理的に長いアン
テナやトランスジユーサを実際に使用するよりも
むしろ信号処理手段を使用して実効長のアンテナ
や受信トランスジユーサを形成することに基づ
く。合成アパーチヤを有する側方探査ソナー装置
では、受信トランスジユーサは直線上の位置を
次々に占めるように動かされ、そしてこの移動中
音響伝送が行なわれかつ反射されたエネルギーは
記憶されるトランスジユーサ区分出力信号によつ
て明らかにされる。進路沿いに航行中所定数のパ
ルスが遂次発射された後で、記憶された総ての信
号は適当に処理され、真のアパーチヤ・ビームよ
りも長いアパーチヤのために高い解像度を有する
１つ以上の合成アパーチヤ・ビームを形成する。

受信トランスジユーサの区分の数に依存してそ
のような装置は比較的大量の記憶容量を必要と
し、そしてもし装置が塔載体に塔載されて水中深
く位置するならば、この記憶信号は総て引き綱を
通じて伝送されなければならず、従つて多重化機
器ないし大容量のケーブルが必要になる。

この発明の目的は、ソナー装置の解像度を改善
することである。

この発明は、広義には、音響エネルギ・ビーム
を発生して選択された領域に投射する単一の送信
トランスジユーサと、投射される上記音響エネル
ギ・ビームの方向と垂直な線に沿つて移動可能な
複数個の区分を有する細長い受信トランスジユー
サと、上記受信トランスジユーサの区分および上
記送信トランスジユーサに接続された処理装置
と、を備えた側方探査ソナー装置において、各区
分が上記音響エネルギ・ビームの反射エネルギに
応答して前記処理装置中の複数のビーム信号処理
チヤネルに信号を出力し、また、上記ビーム信号
処理チヤネル中において上記区分からの上記出力
を受け、位相および振幅情報を有する真のアパー
チヤ・ビーム信号を出力する復調回路と、上記真
のアパーチヤ・ビーム信号を受けかつこれらの信
号を記憶するようにした記憶回路と、上記記憶信
号を記憶された順序で読み出し、かつ上記記憶信
号を新に発生された真のアパーチヤ・ビーム信号
とコヒーレントに加算し、この真のアパーチヤ・
ビーム信号より大きな解像度を有する合成アパー
チヤ・ビーム信号を形成するようにしたスイツチ
ング回路と、を設けたことを特徴とする側方探査
ソナー装置にある。

この発明の一実施例は、複数個のトランスジユ
ーサ区分（その各々が音響伝送の反射された音響
エネルギーに応答してそれぞれ区分出力信号を供
給する）から成る細長い受信トランスジユーサを
含む多ビーム式側方探査ソナー装置を提供する。
区分出力信号に応答して所定数（複数）のビーム
信号（記憶回路に記憶される）を形成するための
回路手段が設けられる。新しく形成されたビーム
信号と以前から記憶していたビーム信号とをコヒ
ーレントに加算して高解像度のビーム信号を得る
ための手段がまた設けられる。

この発明の望ましい一実施例を、以下添付図面
について説明する。

第１図は、引き船１４によつて目標区域１２の
上方の水中を進路沿いに引かれる多ビーム式側方
探査ソナー装置塔載体１０を示す。反復性の音響
伝送（伝音）を行なう毎に、これに応答して複数
の受信ビームが形成され、その結果目標区域の側
方探査ソナー画像が得られる探査範囲を拡げるた
めに、側方探査ソナー装置は一般に右舷ビーム１
６と左舷ビーム１６′の両方を用いる。目標区域
を表わす受信ビーム信号は引き綱（ケーブル）１
８を通じて引き船１４の表示装置に伝送される。

第２図は、図示する目的のために、６つの区分
２０−１〜２０−６に分けられるべき側方探査ソ
ナー装置用受信トランスジユーサ２０を示す。送
信トランスジユーサＴは、区分２０−４と同一の
場所を占め、かつ適切に付勢される時目標区域に
向つて音響エネルギーを放射し、これにより区分
２０−１〜２０−６の各々は目標区域で反射され
た音響エネルギーに応答してそれぞれ反復性の区
分出力信号を供給する。区分出力信号はそれぞれ
増幅器２２−１〜２２−６で増幅される。各増幅
器は時間が経過するにつれて利得が変る
（TVG）信号をTVG発生器２４からよく知られた
仕方で受信する。

複数の区分出力信号は、適当に増幅された後、
一緒に集められて複数個のビーム信号処理チヤン
ネル２６−１〜２６−９の各々へ供給される。各
ビーム信号処理チヤンネルはビーム形成器を含
む。ビーム形成器は一例として９個図示した。信
号発生器３０は適当に移相された混合信号を全部
のビーム形成器１ないし９へ供給する。これは、
区分出力信号の位相を変更して１組の信号間に事
実上位相差の無い複数組の信号を基本的には供給
するためである。各組の信号はそれぞれ加算回路
３４−１〜３４−９（これらはビーム形成器の後
段である）中で加算され、その後加算された信号
はそれぞれ同期復調器３６−１〜３６−９へ供給
される。同期復調器の各出力は個々のビーーム信
号を表わす。

信号を処理する仕方は基本的には前記米国特許
明細書に記載されたのと同じであるが、この発明
では、個々のビーム信号を検出する仕方が同期復
調器３６−１〜３６−９を使用することにより少
し変更される。どのように変更されるかと云え
ば、合成アパーチヤ処理を行なうのに要する或る
種の位相情報を維持するように、変更されるので
ある。同期復調器は、ビーム信号の大きさのみな
らずその相対位相をも表わすＩ（同相）成分およ
びＱ（1/4すなわち90゜の位相ずれ）成分を有す
るビーム信号を供給する周知の型式のものであ
る。同期復調は到来信号の位相情報と振幅情報の
両方を維持するが、真のアパーチヤ・モードでは
振幅情報だけが必要である。しかしながら、合成
アパーチヤ・モードでは次々に到来する信号をコ
ヒーレントに加えるために位相情報も必要であ
る。

同期復調器が供給する信号はビーム信号であ
り、このビーム信号は利用した回路装置次第でア
ナログ信号にもなるしまたデイジタル信号にもな
る。ビーム信号は検波された後表示用の出力信号
として供給される。すなわち、第３図に示すよう
に、ビーム信号処理チヤンネル２６−１〜２６−
９は、同期復調器の出力に応答して側方探査ソナ
ー装置の表示装置に適当なビーム表示信号を供給
するそれぞれ検波器４０−１〜４０−９を含む。

第３図にはまた複数個のブロツクが示されてお
り、各ブロツクは合成アパーチヤ・モードで動作
するためにそれぞれの同期復調されたビーム信号
を受信するように接続される。今から説明しよう
とする例では、側方探査ソナー装置は９つの真の
アパーチヤビーム１ないし９と３つの合成アパー
チヤ・ビームとを供給する。従つて、ブロツクは
３個１組、全部で３組に分けられ、符号４２−
１，４２−２および４２−３；４３−１，４３−
２および４３−３；並びに４４−１，４４−２お
よび４４−３が付けられる。最後のブロツク４４
−１，４４−２および４４−３は機械的または電
子的なスイツチ４５，４６および４７で検波器４
０−７，４０−８および４０−９に接続すること
ができる。ブロツクは全部それぞれのリード線４
９−１〜４９−９（図示しなかつたが、スイツチ
を含むことができる）によりビーム信号を受信す
るように接続される。

真のアパーチヤ・モードと合成アパーチヤ・モ
ードとのどちらの動作を選ぶかを決めるために、
スイツチング回路網５０を設ける。このスイツチ
ング回路網５０は、また表示装置５２に表示する
ために、処理されたビーム信号を受信する。

真のアパーチヤ・モード（RAM）と合成アパ
ーチヤ・モード（SAM）とは、セレクタ・スイ
ツチ５３により手動で選ぶこともでき、SAMを
選ぶ時にはスイツチング回路網５０はスイツチ４
５，４６および４７をブロツク４４−１，４４−
２および４４−３と係合させる。

RAMは、別なセレクタ・スイツチ５４により
表示すべき所望数のビーム信号を選ぶことによつ
ても、選ばれ得る。すなわち、或る種の状態下で
はかつ装置の設計次第では、合成アパーチヤ・ビ
ームを形成するのに必要なビーム信号は、RAM
中かならずしも全部表示されるとはかぎらない。

ビーム信号処理チヤンネル中の各ブロツク４２
−１〜４４−３は、第４図に示すように、それぞ
れ記憶レジスタＡ〜Ｉのような記憶回路を含む。
これらのレジスタＡ〜Ｉは第５図に示すように情
報を転送する。すなわち、ブロツク４２−１〜４
２−３中のレジスタＡ，Ｂ，Ｃはその内容を音響
エネルギーの発射（ping）Tx毎にブロツク４３
−１〜４３−３中のそれぞれレジスタＤ，Ｅ，Ｆ
へ転送し、これらのレジスタの各々Ｄ，Ｅ，Ｆは
その内容をブロツク４４−１〜４４−３中のそれ
ぞれレジスタＧ，Ｈ，Ｉへ転送する。説明をもう
一度第４図に戻して、同期復調器の出力は、もし
これがアナログ信号ならば、各アナログ−デイジ
タル変換器（Ａ／Ｄ）によりデイジタル信号に変
換すればよい。伝音に応答して真のアパーチヤ・
ビーム１〜３はレジスタＡ〜Ｃにそれぞれ記憶さ
れる。真のアパーチヤ・ビーム４〜６は、レジス
タＡ〜Ｃから転送されて今やレジスタＤ〜Ｆ中に
ある、先に形成されたビーム１〜３とそれぞれコ
ヒーレントに加算される。コヒーレントな加算は
加算回路Σで行なわれ、その結果はそれぞれレジ
スタＤ〜Ｆに戻される。この結果はその後レジス
タＤ〜ＦからレジスタＧ〜Ｉへ転送され、同様に
真のアパーチヤ・ビーム７〜９とコヒーレントに
加算される。最終結果はデイジタル−アナログ変
換器（Ｄ／Ａ）でアナログ信号に変換し戻され、
真のアパーチヤ・ビームのコヒーレントな加算に
よつて形成された高解像度の合成アパーチヤ・ビ
ームとして表示される。

複数のビームをコヒーレントに加算することに
より高解像度のビームを得る基本的な概念は第６
Ａおよび６Ｂ図に示されている。

第６Ａ図において、トランスジユーサ５８の各
区分は区分出力信号を供給する。各増幅器Ａの出
力信号e₁〜e₆は加算回路Σ中で加算され、ビーム
信号e₀＝e₁＋e₂＋e₃＋e₄＋e₅＋e₆となる。このビ
ームの幅βは大体λ／Ｌに等しく、λは波長そし
てＬはトランスジユーサの長さである。

もしアレイを第６Ｂ図に示すように２つに分け
るならば、トランスジユーサ５８の半分毎に形成
されたビーム信号e₀₁＝e₁＋e₂＋e₃とe₀₂＝e₄＋e₅＋
e₆はβ＝２λ／Ｌすなわち第６Ａ図のビームの２
倍のビーム幅を有する。もしこれらの２つのビー
ム信号が加算されるならば、出力は第６Ａ図の出
力と同じになるのでビーム幅もβ＝λ／Ｌにな
る。もし丁度３個の区分を使用して１発射時にビ
ーム信号e₀₁を得え、そしてこれらの同じ３個の
区分を動かして次の発射時にビーム信号e₀₂を得
るならば、２つの導出されたビーム信号e₀₁とe₀₂
をコヒーレントに加算することによりビーム信号
e₀を再生することはビーム信号e₀₂を記憶するこ
とによつて可能であり、これにより３個の区分に
よつて通常得られるよりも高い解像度のビームと
なる。

第７図、第８図、第９図は、それぞれビーム形
成器３，６，９を、前記米国特許に例示されたも
のを少し変更した信号発生器３０と一緒に示す。
なお、信号発生器を少し変更したのは、真のアパ
ーチヤ・モードと合成アパーチヤ・モードとの両
方でのデユアル動作性能を達成するためである。
図示の目的から、合成アパーチヤ・ビームｉは移
動中の受信トランスジユーサ２０の３つの発射点
から発射される。第７図、第８図、第９図はそれ
ぞれ第１発射点、第２発射点、第３発射点を示
す。真のアパーチヤ・ビーム３を形成するため
に、第７図に示す如く、トランスジユーサ区分２
０−１〜２０−６の出力はそれぞれ混合器６０−
１〜６０−６へ供給される。各混合器は、基準と
なる区分例えば２０−１に対する区分出力信号の
位相を移相するために信号発生器３０から入力信
号を受け、この入力信号と区分信号との間のどん
な相対位相差も打ち消す。なお、移相は時間の経
過につれて変化する。

信号発生器３０は、第１複数個のタツプ付き段
６６〜７１を有するデイジタル・シフトレジスタ
６５のような遅延線路を含めて前記米国特許に記
載された信号発生器と同じようなものであつても
よい。合成アパーチヤ・モード動作を行なうため
に、送信トランスジユーサＴの位置は特定のビー
ム位置毎に変る。従つて、或るビームに対して変
るトランスジユーサ位置を補償するために、第２
複数個のタツプ付き段７２〜７４を設ける。段６
６と７２の間に設けたタツプから基準位相を取り
出す。混合信号発生器８０からの混合信号fm
は、制御周波数発振器８２によつて制御されるよ
うなシフトレジスタに伝播される。制御周波数発
振器８２は、時間の経過につれて周波数が変化す
るクロツク信号fcを供給する。混合信号fmは幾
つかのユニツトで移相すなわち遅延させられる。
各タツプ付き段の移相ユニツトの数はブロツク中
に表わした。

信号をコヒーレントに加算するために、位相情
報は正確に保持、制御されなければならず、この
発明では混合信号fmは基本ソナー信号fsを供給
するソナー信号発生器８４から導出される。ソナ
ー信号fsは、公称正しい混合信号fmを得るため
に、除算回路８８中で所定の除数で除算される。
その後、混合信号fmは、混合器９０、増幅器９
２、低域フイルタ（LPF）９４および電圧制御発
振器（VCO）９６を含む位相ロツク・ループに
入る。混合器９０への他の入力信号は、タツプ付
き段６６と７２の間の基準位相タツプから導出さ
れた混合信号fmである。もし混合器９０への２
つの入力混合信号fm間に何等かの差があれば、
誤差信号が発生されて電圧制御発振器９６の周波
数および位相を変え、もつてその周波数を混合周
波数にロツクする。複数の異なる信号が混合器９
０から供給されるので、低域フイルタ９４はその
直流分（制御用）のみを通過させる。電圧制御発
振器の周波数および位相が安定化されかつ正しい
時には、制御信号は混合器９０から発生されな
い。

基準位相に対し、シフトレジスタを伝播する混
合信号fmの位相は、タツプ付き段６６〜７１中
では徐々に遅らされるが、タツプ付き段７２〜７
４中では徐々に進まされる。位相の進み工合は、
合成アパーチヤ・ビームｉが基準点（送信トラン
スジユーサ位置）からどんなに遠く離れているか
に依存する。第７図に示した状態では、混合信号
fmは、基準位相から９ユニツト位相が進んだ点
から得られ、かつ混合器９９−３へ供給される。
この混合器９９−３は基本ソナー信号fsをも受信
してその出力を同期復調器３６−３へ供給する。
同期復調器への２つの入力fiは従つて２つの中間
周波（IF）信号であつて、その一方は受信トラ
ンスジユーサに関連させられた或る位相を有する
加算回路３４−３によつて供給され、かつその他
方は混合器９９−３によつて供給されそして送信
トランスジユーサ位置と関連させられた或る位相
を有する基準IF信号である。

第８図は、ビーム形成器６のための構成部品お
よび接続を示し、かつ複数個の混合器１００−１
〜１００−６を含む。これらの混合器は信号発生
器３０から所定量だけ遅らされた混合信号fmを
受け、基準位相は混合器１００−４へ印加され
る。合成アパーチヤ・ビームｉが送信トランスジ
ユーサＴと同一線上にあるので、混合器９９−６
はどんな位相進みもない基準位置から混合信号
fmを受ける。第９図において、混合器１０２−
１〜１０２−６は真のアパーチヤ・ビーム９を形
成し、そして合成アパーチヤ・ビームｉが送信ト
ランスジユーサＴから３区分離れた所から発射さ
れるので、混合器９９−９へ印加される信号fm
はその位相が９ユニツト進められる。

第１０図は、進路沿いに次々と変る４つの発射
点ｊ〜ｊ＋３でのトランスジユーサを示す。トラ
ンスジユーサは同一直線上を移動するが、発射点
は互に重ならないように少し離した。発射点ｊで
は合成アパーチヤ・ビームｉは第７図に示したよ
うにトランスジユーサ区分２０−１に形成され
る。次の発射点ｊ＋１では区分２０−４に、更に
次の発射点ｊ＋２では区分２０−６よりも１区分
外に形成される。各発射点毎に、９つの真のアパ
ーチヤ・ビームが形成され、かつ最初の３つの発
射点の後で３つの合成アパーチヤ・ビームｉ、ｉ
＋１およびｉ＋２が形成される。しかしながら、
発射点ｊ＋１、ｊ＋２およびｊ＋３では次の組の
合成アパーチヤ・ビームｉ＋３〜ｉ＋５が形成さ
れ、同様に発射点ｊ＋２〜ｊ＋４では更に次の組
の合成アパーチヤ・ビームが形成される。

こゝには、正常な真のアパーチヤ・モードで動
作するのみならず高解像度捜索作業用の合成アパ
ーチヤ・モードにたゞちに切り換えれる側方探査
ソナー装置を開示した。トランスジユーサの区分
の数、形成された真のアパーチヤ・ビームの数、
および形成された合成アパーチヤ・ビームの数は
一例としてあげたにすぎず、かつ実際の構成では
区分の数は受信ビーム中の欲しないサイド・ロー
ブを低減するために６個よりも多分多いだろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は引き船に引かれる多ビーム式側方探査
ソナー装置塔載体を示す図、第２図は側方探査ソ
ナー装置のトランスジユーサおよびビームを形成
するための装置を示すブロツク図、第３図は真の
アパーチヤ・モードと合成アパーチヤ・モードと
の両方で動作するための装置を示すブロツク図、
第４図は第３図に示した装置の一部をもつと詳し
く示すブロツク図、第５図はデータの転送を例示
する第４図中のレジスタのブロツク図、第６Ａお
よび６Ｂ図はビーム信号をコヒーレントに加算す
る原理を示す回路略図、第７図、第８図、第９図
は第２図のそれぞれビーム形成器３，６，９をも
つと詳しく示すブロツク図、第１０図は進路沿い
の種々の点における受信トランスジユーサを示す
図である。２０および５８は受信トランスジユーサ、２０
−１〜２０−６は受信トランスジユーサの区分、
２６−１〜２６−９はビーム信号処理チヤンネ
ル、Ａ〜Ｉは記憶回路としてのレジスタ、６０−
１〜６０−６と１００−１〜１００−６と１０２
−１〜１０２−６は混合器、８０は混合信号発生
器、６５は遅延線路としてのシフトレジスタであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１音響エネルギ・ビームを発生して選択された
領域に投射する単一の送信トランスジユーサＴ
と、投射される上記音響エネルギ・ビームの方向と
垂直な線に沿つて移動可能な複数個の区分を有す
る細長い受信トランスジユーサ２０と、上記受信トランスジユーサの各区分に接続され
た処理装置（２２，２４，３０，３４，３６，４
４，５０，５２他）と、を備えた側方探査ソナー装置において、各区分２０が上記音響エネルギ・ビームの反射
エネルギに応答して前記処理装置中の複数のビー
ム信号処理チヤネル２６−１〜２６−９に信号を
出力し、また、上記ビーム信号処理チヤネル中において
上記区分からの上記出力を受け、受けた信号の位
相および振幅情報を有する真のアパーチヤ・ビー
ム信号を出力する復調回路３６−１〜３６−９
と、上記真のアパーチヤ・ビーム信号を選択的に受
け、かつこれらの信号を受けた順に記憶する記憶
レジスタＡ−Ｉを含み、これらの記憶された真の
アパーチヤ・ビーム信号が新しく発生された真の
アパーチヤ・ビーム信号に所定の順番でコヒーレ
ントに加算されて、この真のアパーチヤ・ビーム
信号より大きい解像度を有する合成アパーチヤ・
ビーム信号を形成する合成アパーチヤ・ビーム信
号発生回路４２−１〜４４−３と、上記真のアパーチヤ・ビーム信号を表示するこ
とのできる表示装置５２と、上記真のアパーチヤ・ビーム信号もしくは上記
合成アパーチヤ・ビーム信号のいずれか一方を、
選択的に上記表示装置の入力端子に接続するスイ
ツチング回路５０と、を設けたことを特徴とする側方探査ソナー装置。２処理装置（２２，２４，３０，３４，３６，
４４，５０，５２他）が受信トランスジユーサ区
分からの信号を受け、これらの区分からの信号の
位相を基準区分２０−１のものを基準として移相
し、上記受信トランスジユーサ区分からの信号間
のどんな相対的位相差をも除去する混合器６０−
１〜６０−９を含むことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の側方探査ソナー装置。３処理装置（２２，２４，３０，３４，３６，
４４，５０，５２他）が混合信号発生器８０およ
びこの混合信号発生器に接続され移相された混合
信号を供給するためのタツプを有するシフトレジ
スタ６５を含み、上記各混合器がこのシフトレジ
スタのタツプに接続されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項記載の側方探査ソ
ナー装置。