JP3535271B2 - ソナー - Google Patents
ソナーInfo
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Description
浅海域を広範囲に探知する場合に用いるソナーに関す
る。
示す図であり、図において、61〜65は受波素子、7
1〜75は位相制御回路、81〜85は重み付け制御回
路、9は加算回路である。なおソナーの構成には、図1
1に示す受信系回路の他に、超音波パルスを水中へ送信
する送信系の回路が必要になるが、本発明とは直接関係
がないのでここでは送信系の回路の構成は省略する。
受信した反射エコーの位相が規則正しく遅延するように
位相制御回路71〜75で位相を制御することにより行
われ、受信ビームの広がり角ΘB の決定は、重み付け制
御回路81〜85で行う重み付けの比率で決定され、加
算回路9で加算した合成受信ビームからなる受信信号で
探知が行われる。図12は、図11に示す従来のソナー
で浅海域を広範囲(遠距離)に探知する場合の探知範囲
を説明するための図であり、所望する探知範囲は図13
に示すような範囲であるにも関わらず、海面および海底
からの反射エコーを拾わない範囲で広範囲な探知を行お
うとすると、その探知範囲は図12に示すような扇状に
なってしまう。この理由は、探知距離(反射エコーの到
達距離)Lを長くし、近距離の探知範囲での探知漏れを
できるだけ少なくし、且つ海面および海底からの反射エ
コーが入らないように俯角Θおよび受信ビームの広がり
角ΘB を設定して探知が行われるからである。
ように構成され、俯角Θおよび受信ビームの広がり角Θ
B を一義的に決定しているため、水深に対応したビーム
フォーミングが行えず、図13に示すような浅海域を垂
直下から遠距離まで広範囲に探知することが難しいとい
う問題点があった。
されたものであり、浅海域でも垂直下から遠距離まで効
率良く探知できるソナーを得ることを目的としている。
は、俯角Θを変動させても受信ビームの上限が常に水平
面と略平行となり従って受信ビームの半減半角ΘH が常
に俯角Θと一致するように受信ビームの広がり角ΘB を
制御する手段、受信した反射エコーの時間的差異により
探知距離L(反射エコーの到達距離)を推定する手段、
上記受波素子の位置から水底までの距離をHとした場
合、Θ=1/2・{sin-1(H/L)} の比率で探
知距離Lが長くなるに従って俯角Θを減少させて行き、
探知距離Lが長くなっても水面および水底からの反射エ
コーが入らない範囲で受信ビームの広がり角ΘB が常に
略最大角となるように俯角Θを制御する手段を備えたこ
とを特徴とする。
上限が常に水平面と略平行となり従って受信ビームの半
減半角ΘH が常に俯角Θと一致するように受信ビームの
広がり角ΘB を制御する手段、受信した反射エコーの時
間的差異により探知距離Lを推定する手段、上記受波素
子の位置から水底までの距離をHとした場合、受信した
反射エコーの探知距離LがH≧Lの間は上記俯角Θ=4
5度とし、探知距離LがHを超えてからは、 Θ=1/
2・{sin-1(H/L)} の比率で探知距離Lが長
くなるに従って俯角Θを減少させて行き、探知距離Lが
長くなっても水面および水底からの反射エコーが入らな
い範囲で受信ビームの広がり角ΘB が常に略最大角とな
るように俯角Θを制御する手段を備え、上記受波素子の
位置から最大探知距離Lまでの水面下から水底までの水
中断面を探知範囲とすることを特徴とする。
水中へ超音波パルスを送信するための送信トリガを検知
してクロックを動作させ、カウンタでクロックを計数す
ることにより行うことを特徴とする。また、上記受信ビ
ームの広がり角ΘB を制御する手段は、上記クロックを
計数することにより決定したアドレスで重み付け制御用
ROMから読み出される数値で行うことを特徴とする。
さらに、上記俯角Θを制御する手段は、上記クロックを
計数することにより決定したアドレスで位相制御用RO
Mから読み出される数値で行うことを特徴とする。
すブロック図であり、従来の装置の図11に対応する図
面である。図において、1はタイミング制御部、2は重
み付け制御用ROM、3は位相制御用ROM、4は重み
付け制御用カウンタ、5は位相制御用カウンタ、9は加
算回路、61〜65は受波素子、71〜75は位相制御
回路、81〜85は重み付け制御回路である。
(図示せず)から発信された超音波ビームは、水中のタ
ーゲットで反射してその反射エコーが各受波素子61〜
65で受信され、それぞれの受信信号が位相制御回路7
1〜75に入力され、俯角Θを決定するための位相制御
が行われる。図2は一般的な、俯角を決定する場合の各
受波素子61〜65の位相制御を説明するための図であ
り、素子間隔がdの場合、各素子61〜65のそれぞれ
の位相を、τ1=0、τ2=d・sinΘ、τ3=2d
・sinΘ、τ4=3d・sinΘ、τ5=4d・si
nΘとすることで、俯角をΘとできる。本実施例では後
述するように、時間の経過とともに海底水深Hに対応さ
せた所定の比率で俯角Θを減少させ、探知距離Lが長く
なっても海底からの反射エコーが入らないように制御す
る(一般的に浅海域の探知においては、受信ビームの上
限を水面下と平行になるように設定するため、俯角Θ
と、受信ビームの広がり角ΘB とその半減半角ΘH と
は、ΘB =2Θ=2ΘH の関係になる)。
受信信号は、それぞれ次の重み付け制御回路81〜85
に入力され、受信ビームの広がり角ΘB (ΘB =2Θ)
を決定するために各受信信号の重み付けが行われる。図
3は、受信ビームの広がり角ΘB を決定するための重み
付け制御回路81〜85で行う一般的な重み付けの方法
を説明するための図であり、図3に示すように重み付け
を行う場合、中心の受波素子63からの受信信号の利得
W3を最大とし、その両側の受波素子62と64の利得
W2,W4(但し、W2=W4)をこれより下げ、その
両側の受波素子61と65の利得W1,W5(但し、W
1=W5)をさらに低くする。W3:W2およびW3:
W1の比率が大きいほど、受信ビームの広がり角ΘBは
大きくなり、また全く重み付けを行わない場合には受信
ビームの広がり角ΘBは最小になる。本実施例では、時
間の経過にともなう俯角Θの減少に連動させて受信ビー
ムの広がり角ΘB を減少させるが、常にΘB =2Θ=2
ΘH の関係が保持されるように制御する。重み付け制御
回路81〜85で重み付けが行われた各受信信号は、加
算回路9で加算されて合成され、所定の俯角,ビーム角
で受信した合成受信ビームの受信信号が出力されること
になる。
出力してから近距離の探知範囲からの反射エコーが始め
に受信され、時間の経過と共にしだいに遠距離の探知範
囲からの反射エコーが受信されるようになる。そして図
4に示すように、その近距離が海底水深Hまでの距離L
1 (L1 ≦H)であれば、受信ビームの上限mを水面と
平行に設定しているので、海底からの反射エコーが入る
時間の直前に受信信号を切り換えれば、どの角度方向か
らも水面および海底からの反射エコーが入ることはな
い。従って、L1 ≦H の間は、ΘB =90度、 Θ=
ΘH =45度とできる。
からの反射エコーが受信されてくるが、図5に示すよう
にその距離L2 が距離Hより長くなる場合には、受信ビ
ームの広がり角ΘB と、俯角Θ(半減半角ΘH )とを減
少させて海底からの反射エコーが入らないように制御す
る必要がある。そしてこの制御は、図5から明らかなよ
うに、ΘB =2Θ=2ΘH の関係が保持されるのであれ
ば、 Θ=1/2・{sin-1(H/L)} の比率で俯角Θを減少させて行けば良い。すなわち、s
inΘB =H/Lの関係を維持させれば良い。この関係
は例えば、L=2Hの場合、Θ=ΘH =15度、ΘB =
30度であり、探知距離Lが2Hの場合、受信ビームの
広がり角30度が海底からの反射エコーを拾わない最大
角となる。ここで、L:探知距離であるが、これは送信
トリガが水中へ発射されてからの経過時間に置き換える
ことができる。
送信系の回路から送信トリガaを入力し、また垂直下に
超音波を送信した場合の水底からの反射エコーの受信パ
ルスである水深パルスbを入力し、タイミング制御部1
から送信トリガaと水深パルスbとのタイミングによ
り、図6に示すタイミングでクリア信号cとカウンタク
ロックdとを出力し、それぞれ接続される重み付け用R
OMテーブル2および位相制御用ROMテーブル3の読
み出しアドレスを決定するための重み付け用カウンタ4
および位相制御用カウンタ5へ入力して行う。
御部1は送信トリガaを入力した時点でカウンタクロッ
クdを出力するが、水深パルスbが入力されるまではク
リア信号cがアクテイブとなっているためカウンタ4,
5ではそのクロック値はカウントされず0となり、この
間はROM2,3からアドレス0番地が読み出され、Θ
B =90度、Θ=ΘH =45度の状態が保持される。そ
して、水深パルスbの入力以降は、クリア信号cがネガ
ティブになり、各カウンタ4,5はクロック値のカウン
トを開始する。以降、時間の経過と共にアドレスの数値
が増加し、増加したアドレス値の内容が読み出されるこ
とになる。
する探知距離Lおよびこの探知距離Lの変化に伴って海
底からの反射エコーが入らないように制御するビームの
広がり角ΘB およびこのΘB の半角となる俯角Θとの関
係を示す図である。そして図9は、図8に示すような俯
角Θ(半減半角ΘH )の制御を実現するための位相制御
量を示す図、図10は図8に示すようなビームの広がり
角ΘB の制御を実現するための重み付け制御量を示す図
である。
受信ビームの上限を常時水面下と平行に位置させ受信ビ
ームの半減半角ΘH が俯角Θと一致するように制御し、
且つ送信からの経過時間に伴う探知距離Lの伸びに対応
させて、ビームの広がり角ΘB=2×俯角Θの関係を維
持させながら、Θ=1/2・{sin-1(H/L)}の
式により俯角Θを制御することとしたので、近距離から
遠距離までの反射エコーを海面および海底からの反射の
影響を受けることなく受信でき、従って浅海域でも垂直
下から遠距離までの広範囲な探知が可能なソナーが得ら
れるという効果がある。
の図である。
け制御を説明するための図である。
である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 超音波パルスを水中へ送信し、複数の受
波素子からの受信信号の位相制御を行って受信ビームの
俯角Θを決定し、上記複数の受波素子からの受信信号の
重み付け制御を行って受信ビームの広がり角ΘB を決定
して反射エコーを受信して水中探査を行うソナーにおい
て、 俯角Θを変動させても受信ビームの上限が常に水平面と
略平行となり従って受信ビームの半減半角ΘH が常に俯
角Θと一致するように受信ビームの広がり角ΘB を制御
する手段、 受信した反射エコーの時間的差異により探知距離L(反
射エコーの到達距離)を推定する手段、 上記受波素子の位置から水底までの距離をHとした場
合、 Θ=1/2・{sin-1(H/L)} の比率で探知距
離Lが長くなるに従って俯角Θを減少させて行き、探知
距離Lが長くなっても水面および水底からの反射エコー
が入らない範囲で受信ビームの広がり角ΘB が常に略最
大角となるように俯角Θを制御する手段を備えたことを
特徴とするソナー。 - 【請求項2】 超音波パルスを水中へ送信し、複数の受
波素子からの受信信号の位相制御を行って受信ビームの
俯角Θを決定し、上記複数の受波素子からの受信信号の
重み付け制御を行って受信ビームの広がり角ΘB を決定
して反射エコーを受信して水中探査を行うソナーにおい
て、 俯角Θを変動させても受信ビームの上限が常に水平面と
略平行となり従って受信ビームの半減半角ΘH が常に俯
角Θと一致するように受信ビームの広がり角ΘB を制御
する手段、 受信した反射エコーの時間的差異により探知距離Lを推
定する手段、 上記受波素子の位置から水底までの距離をHとした場
合、受信した反射エコーの探知距離LがH≧Lの間は上
記俯角Θ=45度とし、探知距離LがHを超えてから
は、 Θ=1/2・{sin-1(H/L)} の比率で
探知距離Lが長くなるに従って俯角Θを減少させて行
き、探知距離Lが長くなっても水面および水底からの反
射エコーが入らない範囲で受信ビームの広がり角ΘB が
常に略最大角となるように俯角Θを制御する手段を備
え、 上記受波素子の位置から最大探知距離Lまでの水面下か
ら水底までの水中断面を探知範囲とすることを特徴とす
るソナー。 - 【請求項3】 上記探知距離Lを推定する手段は、水中
へ超音波パルスを送信するための送信トリガを検知して
クロックを動作させ、カウンタでクロックを計数するこ
とにより行うことを特徴とする請求項第1項,第2項記
載のソナー。 - 【請求項4】 上記受信ビームの広がり角ΘB を制御す
る手段は、上記クロックを計数することにより決定した
アドレスで重み付け制御用ROMから読み出される数値
で行うことを特徴とする請求項第2項記載のソナー。 - 【請求項5】 上記俯角Θを制御する手段は、上記クロ
ックを計数することにより決定したアドレスで位相制御
用ROMから読み出される数値で行うことを特徴とする
請求項第2項または第4項記載の記載のソナー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18218995A JP3535271B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ソナー |
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---|---|---|---|
JP18218995A JP3535271B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ソナー |
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JPH0915325A JPH0915325A (ja) | 1997-01-17 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18218995A Expired - Fee Related JP3535271B2 (ja) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | ソナー |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3535271B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4936655B2 (ja) * | 2004-10-07 | 2012-05-23 | 古野電気株式会社 | スキャニングソナー |
RU2541733C1 (ru) * | 2013-10-22 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" ООО "Морские Инновации" | Параметрический профилограф |
JPWO2023282095A1 (ja) | 2021-07-07 | 2023-01-12 |
-
1995
- 1995-06-27 JP JP18218995A patent/JP3535271B2/ja not_active Expired - Fee Related
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