JP2014020907A - 水中探知装置、水中探知方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】海底などの強度の強い残響エコーがあった場合にも、魚などの所望エコーを識別可能とする水中探知装置、水中探知方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】水中探知装置１は、送信ビーム形成部４と、信号強度算出部８と、を備えている。送信ビーム形成部４は、所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信するとともに、所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する。信号強度算出部８は、第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水中に超音波を送信し、そのエコー信号に基づいて、魚群等の探知画像用データを生成する水中探知装置、水中探知方法、及びプログラムに関するものである。

マルチビームソナー等のような水中探知装置は、送受波器によって、水中に超音波の送信ビームを送信した後、魚群などの物標によって反射したエコーを受信する。そして、水中探知装置は、受信したエコーに対して各種処理を実行することで、魚群などの水中の情報に関する画像を形成し、表示装置にその画像を表示する（特許文献１参照）。

なお、送受波器によって受信するエコーには、大きく分けて所望エコーと残響エコーとがある。所望エコーとは、魚群、漁網、及び航跡などのような、表示装置に表示されるべきエコーを意味する。また、残響エコーとは、海面、海底、及びプランクトンなどのような、表示装置に表示されない方が好ましいエコーを意味する。

特開平５−２８８８５５号公報

ところで、図１に示すように、一般的に、船舶１００に設置された水中探知装置の送受波器２の鉛直下方には、水平で平らな海底１０２が存在する。そして、その送受波器２の鉛直下方から到来する海底の残響エコーは、魚１０３からの所望エコーに比べて非常に強度が強い。このため、従来の水中探知装置では、魚１０３の所望エコーを、海底１０２の残響エコーと同じ時間に受信した場合、海底１０２の残響エコーの影響によって、魚１０３の所望エコーが識別できなくなるという問題があった。なお、図１中に示された破線は、送受波器２を中心として海底１０２と等距離にある位置、すなわち、海底１０２の残響エコーと同じ時間に受信される位置を示している。

そこで、本発明は、海底などの強度の強い残響エコーがあった場合にも、魚などの所望エコーを識別可能とする水中探知装置、水中探知方法、及びプログラムを提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、送信ビーム形成部と、信号強度算出部と、を備えている。前記送信ビーム形成部は、所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する。前記信号強度算出部は、前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する。また、前記信号強度算出部は、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する。

（２）好ましくは、前記第１の送信ビームは、前記第１の探知範囲に所定値以上の強度を有しており、前記第２の送信ビームは、前記第２の探知範囲に所定値以上の強度を有している。

（３）上記課題を解決するため、本発明の別の局面に係る水中探知装置は、送信ビーム形成部と、信号強度算出部と、を備えている。前記送信ビーム形成部は、鉛直方向を基準に第１の俯角にピーク強度を有する第１の送信ビームを送信し、前記第１の俯角とは異なる第２の俯角にピーク強度を有する第２の送信ビームを送信する。前記信号強度算出部は、前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する。

（４）好ましくは、前記第１の送信ビームは、前記第１の俯角を含む上下方向の第１の探知範囲に所定値以上の強度を有しており、前記第２の送信ビームは、前記第２の俯角を含む上下方向の第２の探知範囲に所定値以上の強度を有している。

（５）より好ましくは、前記第１の探知範囲と前記第２の探知範囲とは互いに重ならない。

（６）好ましくは、前記送信ビーム形成部は、前記第１の送信ビームと前記第２の送信ビームとを、それぞれ異なるタイミングで送信する。

（７）好ましくは、前記所定の方向は、鉛直下方である。

（８）好ましくは、前記送信ビーム形成部は、前記第１の送信ビームと、前記第２の送信ビームとを、それぞれ異なる中心周波数で送信する。

（９）好ましくは、前記信号強度算出部は、前記第１の探知範囲の全てを含む第３の探知範囲と、前記第２の探知範囲の全てを含み且つ前記第３の探知範囲と一部が重複する第４の探知範囲とを設定し、前記重複する重複探知範囲において、前記第１の信号強度と前記第２の信号強度とを重み付け加算して第３の信号強度を走査角度ごとに算出する。

（１０）好ましくは、前記信号強度算出部によって算出された走査角度ごとの信号強度を表示する表示装置をさらに備えている。この場合、前記表示装置は、前記重複探知範囲を除く前記第３の探知範囲において、前記第１の信号強度を表示する。また、前記表示装置は、前記重複探知範囲を除く前記第４の探知範囲において、前記第２の信号強度を表示する。また、前記表示装置は、前記重複探知範囲において、前記第３の信号強度を表示する。

（１１）好ましくは、前記送信ビーム形成部は、前記第２の送信ビームを複数の分割送信ビームに分けて送信する。

（１２）好ましくは、前記送信ビーム形成部は、水平方向全周に向けて、前記第１及び第２の送信ビームを送信する。

（１３）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知方法は、以下のステップ（ａ）及びステップ（ｂ）を含む。ステップ（ａ）は、所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する。ステップ（ｂ）は、前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を走査角度ごとに算出する。

（１４）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るプログラムは、以下のステップ（ａ）及びステップ（ｂ）をコンピュータに実行させる。ステップ（ａ）は、所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する。ステップ（ｂ）は、前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を走査角度ごとに算出する。

本発明によれば、海底などの強度の強い残響エコーがあった場合にも、魚などの所望エコーを識別可能とする水中探知装置、水中探知方法、及びプログラムを提供することができる。

図１は水中探知装置によって水中を探知する態様を示す、船舶の正面方向から見た図である。 図２は本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。 図３は本発明の実施形態に係る送信ビーム形成部が送信する第１の送信ビームの信号強度特性の一例を示す図である。 図４は本発明の実施形態に係る送信ビーム形成部が送信する第２の送信ビームの信号強度特性の一例を示す図である。 図５は本発明の実施形態に係る水中探知装置による処理の流れを示すフローチャートである。 図６は走査角度ごとの第１の信号強度を示す図である。 図７は走査角度ごとの第２の信号強度を示す図である。 図８は第３の探知範囲を示すための図である。 図９は第４の探知範囲を示すための図である。 図１０は走査角度と重み付け係数との関係を示す図である。 図１１は本発明の実施形態の変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。 図１２はシミュレーションにおける物標の位置する方向を示す図である。 図１３は比較例において送信ビームを送信した探知範囲を示す図である。 図１４は比較例におけるシミュレーション結果である走査角度スペクトルを示す図である。 図１５は実施例において第１の送信ビームを送信した第１の探知範囲を示す図である。 図１６は実施例におけるシミュレーション結果である走査角度ごとの第１の信号強度を示す図である。 図１７は実施例において第２の送信ビームを送信した第２の探知範囲を示す図である。 図１８は実施例におけるシミュレーション結果である走査角度ごとの第２の信号強度を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［水中探知装置の構成］
図２は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態の水中探知装置１は、例えば、漁船などの船舶に備えられている。以下では、水中探知装置を備えている船舶を「自船」という。なお、以下の例では、水中探知装置としてマルチビームソナーを例に説明する。

図２に示すように、本実施形態に係る水中探知装置１は、送受波器２、送受切替部３、送信ビーム形成部４、増幅部５、Ａ／Ｄ変換部６、受信ビーム形成部７、信号強度算出部８、及び表示装置９を備えている。なお、水中探知装置１は、表示装置９を備えていなくてもよい。この場合、水中探知装置１は、強度算出部８から出力したデータを、外部の表示装置で表示させる構成とすることができる。

送受波器２は、自船の船底に取り付けられている。送受波器２は複数の振動子２１を有しており、各振動子２１は船舶の左右方向に一列に並べられている。各振動子２１は、超音波を水中に送信するとともに、水中からのエコーを受信する機能を有する。送受波器２は、各振動子２１から超音波を一斉に送信することで、船舶の左右方向に延びる鉛直面に沿った扇形の送信ビームが形成される。また、送受波器２は、受信したエコーを電気信号に変換して受信信号を形成する。なお、以下では、送受波器２が受信したエコーのうち、後述する第１の送信ビームの反射波であるエコーを第１のエコーと称し、第２の送信ビームの反射波であるエコーを第２のエコーと称する。また、振動子２１ごとの送信又は受信の系統をチャネルと称する。

送信ビーム形成部４は、送受波器２の各振動子２１を駆動するために、所定の周波数の正弦波の送信信号を、送受切替部３を介して送受波器２に対して所定時間だけ出力する。また、送信ビーム形成部４は、チャネルごとに送信信号の位相制御も行う。このように、送信ビーム形成部４が送信信号を出力して送受波器２の各振動子２１を駆動することにより、上述した扇形の送信ビームを送受波器２から水中に所定の探知範囲で送信する。本実施形態においては、送信ビーム形成部４が送信ビームを送信する所定の探知範囲を、−６０〜６０度として説明する。なお、探知範囲とは、図１に示すように、送信ビームを送信する範囲を意味しており、送受波器２から鉛直下方に延びる鉛直線を基準とし送受波器２を中心とした角度αの範囲によって表す。なお、角度αが正の値をとるときは船舶の右舷方向に傾き、角度αが負の値をとるときは船舶の左舷方向に傾いていることを示しているが、正と負との関係は逆であってもよい。上記角度αが本発明の俯角に相当する。

送信ビーム形成部４は、上述した扇形の送信ビームを、第１の送信ビームと、第２の送信ビームとに分けて送信するよう、送受波器２の各振動子２１を駆動する。第１の送信ビームは、第１の探知範囲に所定値以上の強度を有する送信ビームである。また、第２の送信ビームは、第２の探知範囲に所定値以上の強度を有する送信ビームである。なお、第１の探知範囲は、所定の方向、例えば、角度αが０度となる鉛直下方を含んでおり、第２の探知範囲は、その鉛直下方を含んでいない。また、第２の探知範囲は、第１の探知範囲と異なる範囲であるが、第１の探知範囲と第２の探知範囲とは重複する部分があってもよい。以上のように、送信ビーム形成部４は、第１の探知範囲と第２の探知範囲とに分けて送信ビームを送信する。本実施形態において、第１の探知範囲は−３０〜３０度とし、第２の探知範囲は−６０〜−３０度及び３０〜６０度として説明する。また、本明細書において、送信ビーム形成部が送信ビームを送信するとは、送信ビーム形成部が送受波器の各振動子を駆動して、送受波器から送信ビームを送信することを意味する。

図３は、送信ビーム形成部４が送信する第１の送信ビームの信号強度特性の一例を示す図である。また、図４は、送信ビーム形成部４が送信する第２の送信ビームの信号強度特性の一例を示す図である。図３に示すように、例えば、送信ビーム形成部４は、第１の探知範囲（−３０〜３０度）において所定値以上、例えば、−３ｄＢ以上の信号強度を有する第１の送信ビームを送信する。また、図４に示すように、例えば、送信ビーム形成部４は、第２の探知範囲（−６０〜−３０度及び３０〜６０度）において所定値以上、例えば、−３ｄＢ以上の信号強度を有する第２の送信ビームを送信する。なお、図３及び図４に示す二点鎖線は、理想的な送信ビームの波形を示し、実線は、実際に送信ビーム形成部４が送信する送信ビームの波形を示す。

送信ビーム形成部４は、第１の送信ビームと第２の送信ビームとをそれぞれ異なるタイミングで送信することによって、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを分けて送信する。すなわち、送信ビーム形成部４は、第１の探知範囲に送信ビームを送信するタイミングと、第２の探知範囲に送信ビームを送信するタイミングとを異ならせる。なお、送信ビーム形成部４は、送受波器２の各振動子２１が送信するパルスの振幅及び位相を制御することによって、送信ビームを送信する探知範囲を制御することができる。

送受切替部３は、送信ビーム形成部４からの送信信号を送受波器２に出力するとともに、送受波器２からの受信信号を増幅部５に出力する。増幅部５は、送受切替部３を介して送受波器２から送られてきたチャネルごとの受信信号を増幅処理する機能を有する。

Ａ／Ｄ変換部６は、増幅部５によって増幅されたチャネルごとの受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。詳細には、Ａ／Ｄ変換部６は、各チャネルの受信信号を、所定のサンプリング周期で、送信信号の周波数と同じ周波数の内部的な正弦波信号の第１位相と、この第１位相と９０度だけ位相の異なる第２位相とでサンプリングする。そして、Ａ／Ｄ変換部６は、サンプリングした信号を受信ビーム形成部７へ順次出力する。なお、第１位相でサンプリングされた信号をＩ信号とし、第２位相でサンプリングされた信号をＱ信号とすると、Ａ／Ｄ変換部６の出力信号からＩ＋ｊＱ（ｊは虚数単位）で表されるＩＱ信号が得られる。

受信ビーム形成部７は、チャネルごとの受信信号に基づき、受信ビーム信号を形成する。詳細には、受信ビーム形成部７は、まず、各チャネルの受信信号（ＩＱ信号）にｅｘｐ（ｊθ）（θは位相調整量）を乗算して、各チャネルの受信信号の位相を整相させる。次に、受信ビーム形成部７は、整相させた受信信号にチャネルごとのウエイト値を乗算する。なお、チャネルごとのウエイト値は、ガウス関数やハニング窓などによって決めることができる。そして、受信ビーム形成部７は、ウエイト値を乗算した各チャネルの受信信号を加算することで、受信ビームを形成する。なお、水中探知装置１によって探知する探知範囲を−６０〜６０度とし、各受信ビームの走査角度を２度の間隔とすると、６０の方位の受信ビームが順番に形成されて出力される。

信号強度算出部８は、送受波器２が受信したエコーに基づいて走査角度ごとの受信信号の振幅値、すなわち、信号強度を算出する機能を有する。詳細には、信号強度算出部８は、第１のエコーに基づいて形成された受信ビームから、走査角度ごとに受信信号の信号強度を算出する。この第１のエコーに基づいて算出される信号強度を第１の信号強度という。また、信号強度算出部８は、第２のエコーに基づいて形成された受信ビームから、走査角度ごとに受信信号の信号強度を算出する。この第２のエコーに基づいて算出される信号強度を第２の信号強度という。このように、信号強度算出部８は、第１の信号強度と第２の信号強度とを別系統で算出する。なお、本実施形態では、第１の信号強度を算出する際の走査角度と、第２の信号強度を算出する際の走査角度とは同じであるとして説明するが、これらの走査角度が異なっていてもよい。

なお、信号強度算出部８は、受信ビーム信号の実数成分（Ｉ信号）を２乗した値と、虚数成分（Ｑ信号）を２乗した値との和の平方根を求めることによって、走査角度ごとの受信ビームの信号強度を算出する。この信号強度の大きさは、魚群の大きさ及び粗密の度合いなどに比例する。

表示装置９は、信号強度算出部８によって算出された信号強度に基づき、走査角度ごとの信号強度を表示する。表示装置９は、第１の探知範囲においては第１の信号強度を表示し、第２の探知範囲においては第２の信号強度を表示する。なお、表示装置９は、信号強度に応じた濃淡又は色彩によって、走査角度ごとの信号強度を表示することができる。このような表示装置９は、例えば、カラー表示可能な液晶ディスプレイである。

［水中探知装置の動作］
次に、上述した水中探知装置１における処理の流れの一例について図５を参照しつつ説明する。図５は、水中探知装置１における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。

図５に示すように、まず、送信ビーム形成部４は、鉛直下方（角度α＝０）を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信する（ステップＳ１）。詳細には、送信ビーム形成部４は、送信信号を形成して送受波器２の各振動子２１を駆動する。これにより、送信ビーム形成部４は、送受波器２より、鉛直下方を含む第１の探知範囲に所定値以上の強度を有する第１の送信ビームを送信する。例えば、送信ビーム形成部４は、図３に示すように、−３０〜３０度である第１の探知範囲において−３ｄＢ以上の信号強度を有する第１の送信ビームを送信する。

送受波器２は、第１の送信ビームを第１の探知範囲に送信した後、反射体によって反射した第１の送信ビームの反射波である第１のエコーを受信する（ステップＳ２）。

そして、水中探知装置１は、受信した第１のエコーに対して各種処理を実行する（ステップＳ３）。詳細には、まず、送受波器２は、受信した第１のエコーを電気信号に変換して第１の受信信号を生成する。次に、増幅部５は、第１の受信信号に対して増幅処理を実行する。そして、Ａ／Ｄ変換部６は、第１の受信信号を所定の周期でサンプリングして、複数ビットからなるデジタルデータに変換する。受信ビーム形成部７は、このデジタルデータに変換された第１の受信信号に基づき、走査角度ごとの受信ビームを形成する。

次に、信号強度算出部８は、第１のエコーに基づく第１の信号強度を走査角度ごとに算出する（ステップＳ４）。詳細には、信号強度算出部８は、受信ビーム形成部７から受け取った走査角度ごとの受信ビームに基づき、第１の信号強度を算出する。信号強度算出部８が第１の信号強度を走査角度ごとに算出した結果、例えば図６に示すようなデータを得ることができる。図６は、信号強度算出部８の算出結果によって得られる走査角度ごとの第１の信号強度の一例を示す図である。

続いて、送信ビーム形成部４は、鉛直下方を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する（ステップＳ５）。例えば、送信ビーム形成部４は、図４に示すように、−６０〜−３０度及び３０〜６０度である第２の探知範囲において−３ｄＢ以上の信号強度を有する第２の送信ビームを送信する。

次に、送受波器２は、第２の送信ビームを第２の探知範囲に送信した後、反射体によって反射した第２の送信ビームの反射波である第２のエコーを受信する（ステップＳ６）。

そして、水中探知装置１は、受信した第２のエコーに対して各種処理を実行する（ステップＳ７）。詳細には、まず、送受波器２は、受信した第２のエコーを電気信号に変換して第２の受信信号を生成する。次に、増幅部５は、第２の受信信号に対して増幅処理を実行する。そして、Ａ／Ｄ変換部６は、第２の受信信号を所定の周期でサンプリングして、複数ビットからなるデジタルデータに変換する。受信ビーム形成部７は、このデジタルデータに変換された第２の受信信号に基づき、走査角度ごとの受信ビームを形成する。

次に、信号強度算出部８は、第２のエコーに基づく第２の信号強度を走査角度ごとに算出する（ステップＳ８）。詳細には、信号強度算出部８は、受信ビーム形成部７から受け取った走査角度ごとの受信ビームに基づき、第２の信号強度を算出する。信号強度算出部８が第２の信号強度を走査角度ごとに算出した結果、例えば、図７に示すようなデータを得ることができる。図７は、信号強度算出部８の算出結果によって得られる走査角度ごとの第２の信号強度の一例を示す図である。

そして、表示装置９は、信号強度算出部８から受け取った走査角度ごとの信号強度に基づき、走査角度ごとの信号強度を表示する（ステップＳ９）。詳細には、表示装置９は、所定の探知範囲（−６０〜６０度）のうち、第１の探知範囲（−３０〜３０度）においては第１の信号強度を表示する。また、表示装置９は、第２の探知範囲（−６０〜−３０度及び３０〜６０度）においては、第２の信号強度を表示する。

なお、上記ステップＳ５及びステップＳ６における処理は、ステップＳ１及びステップＳ２の処理の後に行えばよく、ステップＳ３及びステップＳ４の処理よりも前に実行されてもよい。

以上のように説明した本実施形態に係る水中探知装置１によると、送信ビーム形成部４は、所定の方向を含む第１の探知範囲と、所定の方向を含まない第２の探知範囲とに分けて送信ビームを送信する。そして、信号強度算出部８は、第１の探知範囲に送信した第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づき第１の信号強度を算出する。さらに、信号強度算出部８は、第２の探知範囲に送信した第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づき第２の送信強度を算出する。このように、信号強度算出部８は、第１の探知範囲に対応する第１の送信強度と、第２の探知範囲に対応する第２の信号強度とをそれぞれ独立して算出するため、第１の送信強度を算出する際、第２の探知範囲からのエコーに影響されにくい。また、同様に、第２の送信強度を算出する際は、第１の探知範囲からのエコーに影響されにくい。よって、例えば、所定の方向において海底などの強度の強い残響エコーがあった場合であっても、これと同じ時間帯に受信した第２の探知範囲における所望エコーを識別することができる。

また、上記実施形態に係る水中探知装置１において、第１の探知範囲は、送受波器２の設置箇所の鉛直下方、すなわち角度αが０度の方向を含んでおり、第２の探知範囲は、鉛直下方を含んでいない。そして、送受波器２の鉛直下方には、一般的に、送受波器から最も近い距離にある海底が存在している。このため、第２の探知範囲に対応する第２の信号強度は、第１の探知範囲における海底の残響エコーの影響を受けにくいため、所望エコーを容易に正確に識別することができる。

また、上記実施形態に係る水中探知装置１において、送信ビーム形成部４は、第１の探知範囲に送信する第１の送信ビームと、第２の探知範囲に送信する第２の送信ビームとを異なるタイミングで送信している。このため、送受波器２は、第１の送信ビームの反射体である第１のエコーと、第２の送信ビームの反射体である第２のエコーとを異なるタイミングで受信することができる。この結果、第１の信号強度を算出する際に、第２の探知範囲からのエコーに影響されにくくすることができ、同様に第２の信号強度を算出する際、第１の探知範囲からのエコーに影響されにくくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、表示装置９は、第１の探知範囲において第１の信号強度を表示し、第２の探知範囲において第２の信号強度を表示しているが、特にこれに限定されるものではない。以下、図８及び図９に基づき、上記実施形態とは異なる信号強度の表示方法を説明する。

図８は、信号強度算出部８が設定する第３の探知範囲の一例を示す図であり、図９は、信号強度算出部８が設定する第４の探知範囲の一例を示す図である。図８及び図９に示すように、信号強度算出部８は、第１の探知範囲を含む第３の探知範囲と、第２の探知範囲を含む第４の探知範囲とを設定する。この第３及び第４の探知範囲は、その一部の探知範囲が重複するように設定されており、この重複する範囲を重複探知範囲と称する。例えば、図８及び図９に示すように、第１の探知範囲が−３０〜３０度であり、第２の探知範囲が−６０〜−３０度及び３０〜６０度であるとする。この場合、信号強度算出部８は、例えば、第３の探知範囲を−４０〜４０度、第４の探知範囲を−６０〜−２０度及び２０〜６０度と設定することができる。これにより、重複探知範囲は、−４０〜−２０度及び２０〜４０度となる。なお、上記第３及び第４の探知範囲は、適宜ユーザにより設定されたものであってもよいし、第１の探知範囲及び第２の探知範囲に基づき自動的に設定されるものであってもよい。そして、信号強度算出部８は、この設定の通りに第３及び第４の探知範囲を設定する。

そして、信号強度算出部８は、重複探知範囲において、第１の信号強度と第２の信号強度とを重み付け加算する。図１０は、走査角度と重み付け係数との関係の一例を示す図である。図１０において、実線が第１の信号強度に対する重み付け係数であり、破線が第２の信号強度に対する重み付け係数を示している。図１０に示すように、例えば、第１の信号強度に対する重み付け係数は、重複探知範囲において、第１の探知範囲の中心（０度）から離れるほど小さくなるように設定されている。また、第２の信号強度に対する重み付け係数は、重複探知範囲において、第１の探知範囲の中心（０度）に近付くほど小さくなるように設定されている。

信号強度算出部８は、重複探知範囲において、第１の信号強度及び第２の信号強度に対して、それぞれに設定された重み付け係数を乗算する。そして、信号強度算出部８は、乗算後の第１の信号強度と乗算後の第２の信号強度とを加算することで、第３の信号強度を算出する。

このように算出された第１の信号強度、第２の信号強度、及び第３の信号強度を、表示装置９は表示する。詳細には、表示装置９は、重複探知範囲を除く第３の探知範囲（−２０〜２０度）において第１の信号強度を表示する。また、表示装置９は、重複探知範囲を除く第４の探知範囲（−６０〜−４０度及び４０〜６０度）において第２の信号強度を表示する。そして、表示装置９は、重複探知範囲（−４０〜−２０度及び２０〜４０度）において第３の信号強度を表示する。このように、表示装置９は、重複探知範囲において重み付け加算した結果の第３の信号強度を表示することにより、第１の信号強度と第２の信号強度との境界部分において、信号強度を滑らかに変化させることができる。

（２）また、上記実施形態では、送信ビーム形成部４は、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを異なるタイミングで送信することにより、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを分けて送信しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、送信ビーム形成部４は、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを、それぞれ異なる中心周波数で送信することによって、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを同時刻に別の送信ビームとして分けて送信することができる。以下、この変形例について図面を参照しつつ説明する。

図１１は、上記実施形態の変形例である水中探知装置１’の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、この変形例に係る水中探知装置１’は、受信ビーム形成部７より後の部分において、上記実施形態と構成が異なっている。以下、上記実施形態と異なる部分を中心に説明を行い、上記実施形態と同様の部分については、その説明を繰り返さない。

まず、送信ビーム形成部４は、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを同時に送信する。ここで、送信ビーム形成部４は、第１の送信ビームの中心周波数と、第２の送信ビームの中心周波数とを異ならせる。また、送信ビーム形成部４は、所定値以上の強度を有する周波数帯域についても、第１の送信ビームと第２の送信ビームとで異ならせる。このように、送信ビーム形成部４は、中心周波数を異ならせて第１の送信ビームと第２の送信ビームとを送信することで、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを同時刻に別の送信ビームとして分けて送信する。

第１の送信ビームの反射波である第１のエコーと、第２の送信ビームの反射波である第２のエコーとは、増幅部５、Ａ／Ｄ変換部６、及び受信ビーム形成部７において、上記実施形態と同様の処理が行われる。

受信ビーム形成部７によって形成された受信ビームは、第１のバンドパスフィルタ１０ａ及び第２のバンドパスフィルタ１０ｂに出力される。第１のバンドパスフィルタ１０ａは、受信ビーム形成部７から受け取った受信ビームの中から、第１の送信ビームと同じ中心周波数とする所定の周波数帯域の受信ビームを通過させ、その他の周波数帯域の受信ビームを減衰させる。これにより、第１のバンドパスフィルタ１０ａは、第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づいた第１の受信ビームを第１の信号強度算出部８ａに出力することができる。すなわち、主に第１の探知範囲からのエコーに基づいた第１の受信ビームを第１の信号強度算出部８ａに出力する。

また、第２のバンドパスフィルタ１０ｂは、受信ビーム形成部７から受け取った受信ビームの中から、第２の送信ビームと同じ中心周波数とする所定の周波数帯域の受信ビームを通過させ、その他の周波数帯域の受信ビームを減衰させる。これにより、第２のバンドパスフィルタ１０ｂは、第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づいた第２の受信ビームを第２の信号強度算出部８ｂに出力することができる。すなわち、主に第２の探知範囲からのエコーに基づいた第２の受信ビームを第２の信号強度算出部８ｂに出力する。

第１の信号強度算出部８ａは、走査角度ごとに形成された第１の受信ビームに基づいて、第１の信号強度を算出する。また、第２の信号強度算出部８ｂは、走査角度ごとに形成された第２の受信ビームに基づいて、第２の信号強度を算出する。

表示装置９は、第１の探知範囲については、第１の信号強度算出部８ａから受け取った第１の信号強度を表示する。また、表示装置９は、第２の探知範囲については、第２の信号強度算出部８ｂから受け取った第２の信号強度を表示する。

以上のように、上記変形例に係る水中探知装置１’において、送信ビーム形成部４は、中心周波数を異ならせることによって、送信ビームを第１の探知範囲と第２の探知範囲に同時刻に別の送信ビームとして分けて送信している。これにより、上記実施形態と同様の効果を得られるほかに、第１の送信ビームと第２の送信ビームとを同時に送信することができ、ひいては処理を高速化することができるというメリットを有する。

（３）また、上記実施形態では、送信ビームを所定の探知範囲に送信するとき、第１の探知範囲に送信する第１の送信ビームと、第２の探知範囲に送信する第２の送信ビームとに分けて送信しているが、特にこれに限定されない。例えば、所定の探知範囲を３つ以上の探知範囲に分けて、各探知範囲に所定値以上の信号強度を有する別々の送信ビームを送信することができる。

具体的には、所定の探知範囲を−６０〜６０度とした場合、第１の探知範囲を−２０〜２０度とし、第２の探知範囲を−４０〜−２０度及び２０〜４０度とし、第３の探知範囲を−６０〜−４０度及び４０〜６０度とする。そして、送信ビーム形成部４は、第１の探知範囲に−３ｄＢ以上の強度を有する第１の送信ビームを、第２の探知範囲に−３ｄＢ以上の強度を有する第２の送信ビームを、第３の探知範囲に−３ｄＢ以上の強度を有する第３の送信ビームを送信する。このように、所定の探知範囲をより細かく分け送信ビームをそれぞれに分けて送信することにより、鉛直下方の海底の残響エコーの影響だけでなく、斜め方向の海底の残響エコーの影響なども低減させることができる。この結果、より確実に所望エコーを識別することができる。

（４）また、上記実施形態に係る水中探知装置１は、ビームフォーミング法を適用することによって走査角度ごとの信号強度を算出しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、Ｃａｐｏｎ法やＭＵＳＩＣ法などを適用して、走査角度ごとの信号強度を算出することもできる。

（５）また、上記実施形態では、水中探知装置１をマルチビームソナーとして説明したが、水中探知装置１は、スキャニングソナーなどとしても使用することができる。

（６）また、上記実施形態では、送信ビーム形成部４は、扇形の送信ビームを送信しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、送信ビーム形成部４は、水平方向全周に向けて第１及び第２の送信ビームを送信してもよい。すなわち、送信ビーム形成部４は、略円錐状の送信ビームを送信してもよい。この場合、信号強度算出部８は、所定の走査角度として方位ごとに各信号強度を算出する。

以下にシミュレーション結果である実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

まず、シミュレーション条件は次の通りとした。送受波器は、素子数２０のリニアアレイとし、振動子の配列ピッチ（素子ピッチ）は、超音波の波長λの２分の１に設定した。素子の配列ばらつきは、素子ピッチ（λ/２）の１．７％を３σ（分散）とする正規分布乱数で与えた。また、素子感度ばらつきは、振幅比で、超音波の振幅の２０％を３σとする正規分布乱数で与えた。また、探知対象のターゲットの設定については、図１２に示すように、海底を想定して、角度αが−５度〜５度の範囲の方向に、１度刻みに０ｄＢの信号強度を有するターゲットを設定した。また、魚を想定して、角度αが−４５度及び３０度の方向それぞれに−２０ｄＢの信号強度を有するターゲットを設定した。なお、演算手法はマルチビーム法とし、受信時の振幅ウエイトはチェビシェフウェイト−３０ｄＢとした。

（比較例）
以上の条件で、比較例として、図１３に示すように、−６０〜６０度の探知範囲に送信ビームを送信した。なお、図１３は、送信ビームの信号強度特性を示す図である。このように送信ビームを送信した比較例におけるシミュレーション結果を図１４に示す。図１４から分かるように、海底の残響エコーを原因とするサイドローブによる虚像のため、魚の所望エコーが識別できていないことが分かる。

（実施例）
実施例では、上記比較例と同じシミュレーション条件において、まず、図１５に示すように、−３０〜３０度の第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信した。このように第１の送信ビームを送信したシミュレーション結果を図１６に示す。なお、図１６に示した信号強度が第１の信号強度である。そして、実施例では、さらに、図１７に示すように、−６０〜−３０度及び３０〜６０度の第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信した。この第２の送信ビームを送信したシミュレーション結果を図１８に示す。なお、図１８に示した信号強度が第２の信号強度である。図１８から分かるように、海底などの強度の強い残響エコーがあった場合であっても、−４５度の方向と３０度の方向からの所望エコーを識別することができている。

本発明は、海底などから強い強度の残響エコーがあった場合でも所望エコーを識別可能な水中探知装置として、マルチビームソナー又はスキャニングソナーなどに広く適用することができる。

１ 水中探知装置
２ 送受波器
２１ 振動子
４ 送信ビーム形成部
８ 信号強度算出部
９ 表示装置

Claims (14)

1. 所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信する送信ビーム形成部と、
   前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する信号強度算出部と、
   を備える、水中探知装置。
2. 前記第１の送信ビームは、前記第１の探知範囲に所定値以上の強度を有しており、前記第２の送信ビームは、前記第２の探知範囲に所定値以上の強度を有している、請求項１に記載の水中探知装置。
3. 鉛直方向を基準に第１の俯角にピーク強度を有する第１の送信ビームを送信し、前記第１の俯角とは異なる第２の俯角にピーク強度を有する第２の送信ビームを送信する送信ビーム形成部と、
   前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出する信号強度算出部と、
   を備える、水中探知装置。
4. 前記第１の送信ビームは、前記第１の俯角を含む上下方向の第１の探知範囲に所定値以上の強度を有しており、前記第２の送信ビームは、前記第２の俯角を含む上下方向の第２の探知範囲に所定値以上の強度を有している、請求項３に記載の水中探知装置。
5. 前記第１の探知範囲と前記第２の探知範囲は互いに重ならない、請求項４に記載の水中探知装置。
6. 前記送信ビーム形成部は、前記第１の送信ビームと前記第２の送信ビームとを、それぞれ異なるタイミングで送信する、請求項１から５のいずれかに記載の水中探知装置。
7. 前記所定の方向は、鉛直下方である、請求項１に記載の水中探知装置。
8. 前記送信ビーム形成部は、前記第１の送信ビームと、前記第２の送信ビームとを、それぞれ異なる中心周波数で送信する、請求項１から７のいずれかに記載の水中探知装置。
9. 前記信号強度算出部は、前記第１の探知範囲の全てを含む第３の探知範囲と、前記第２の探知範囲の全てを含み且つ前記第３の探知範囲と一部が重複する第４の探知範囲とを設定し、前記重複する重複探知範囲において、前記第１の信号強度と前記第２の信号強度とを重み付け加算して第３の信号強度を走査角度ごとに算出する、請求項１から８のいずれかに記載の水中探知装置。
10. 前記信号強度算出部によって算出された走査角度ごとの信号強度を表示する表示装置をさらに備え、
    前記表示装置は、前記重複探知範囲を除く前記第３の探知範囲において、前記第１の信号強度を表示し、前記重複探知範囲を除く前記第４の探知範囲において、前記第２の信号強度を表示し、前記重複探知範囲において、前記第３の信号強度を表示する、請求項９に記載の水中探知装置。
11. 前記送信ビーム形成部は、前記第２の送信ビームを複数の分割送信ビームに分けて送信する、請求項１から１０のいずれかに記載の水中探知装置。
12. 前記送信ビーム形成部は、水平方向全周に向けて、前記第１及び第２の送信ビームを送信する、請求項１から１１のいずれかに記載の水中探知装置。
13. （ａ）所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信するステップと、
    （ｂ）前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するステップと、
    を含む、水中探知方法。
14. （ａ）所定の方向を含む第１の探知範囲に第１の送信ビームを送信し、前記所定の方向を含まない第２の探知範囲に第２の送信ビームを送信するステップと、
    （ｂ）前記第１の送信ビームの反射波である第１のエコーに基づく第１の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するとともに、前記第２の送信ビームの反射波である第２のエコーに基づく第２の信号強度を所定の走査角度ごとに算出するステップと、
    をコンピュータに実行させるプログラム。

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