JP4354736B2 - 超音波送受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波の送受信によって水中を探知する超音波送受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えばトロール漁法では、スキャニングソナーを用いて魚群を探索し、発見・追尾した後、捕獲するといった方法が効率的である。魚群の探索については、その魚群の大小によって異なるが、例えばイワシやニシンの魚群であれば、数百〜数千m離れたところから探索可能である。魚群を発見すれば、魚群が自船の船首方向に位置するように回頭しつつ追尾を行い、その魚群に追いついて魚群の真上に乗り上げた後、自船の進行とともに魚群を自船後方のトロールネットに追い込んで捕獲する。その際、トロールネットの網口を如何にうまく魚群に導くかが肝要となる。
【0003】
網口の位置や深さの制御は、操船や曳航速度によって行うことができる。しかし、そのためには網口の正確な位置や速度を把握しなければならない。従って、トロール漁法において網口の位置・深度をモニタリングする装置の性能が漁獲効率を左右すると言っても過言ではない。
【0004】
従来、網口の位置・深度をモニタリングするために、網口にトランスポンダを取り付け、船底に取り付けた2個または3個の受波器によりトランスポンダの応答信号を受信し、それらの受信信号の位相差を求めてトランスポンダの方位すなわち網口の方位を知る方法があった。また、スキャニングソナーを用いて網の中位部に複数個のトランスポンダを備え、同一周波数を用いて魚群信号(エコー)と網位置信号とを重畳して表示する装置が特許文献1,特許文献2に示されている。
【0005】
【特許文献1】
特公平1−53751号公報
【特許文献2】
実公平5−2874号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前者の位相差計測による方法では、トランスポンダからの直接波以外に、海面や海底で反射されるマルチパスルートによる信号が混信し、誤った方位を検出したり、安定した位置検出ができ難いという欠点があった。また、特許文献1,2に示されている装置では次のような解決すべき課題があった。
【0007】
先ず、トランスポンダの検出に関して、特許文献2では、エコー信号を表示するためにトランスポンダ用の別の表示装置が必要となる。また、周波数検出のために、圧力センサ、VF変換回路などの特別なユニットが必要となる。更に、垂直に広いビームでトランスポンダを探知するため、高いSN比が得られないという問題もあった。特許文献1ではエコー信号とトランスポンダの応答信号とが同一周波数であるため、両者の識別ができないという問題があった。また特許文献1,2の双方について、トランスポンダの応答信号の検出確率を上げる目的で受信周波数帯域を狭くすると、ドップラシフトの影響を受けやすくなる。すなわちSN比とドップラシフト耐性がトレードオフの関係となってしまう。
【0008】
トランスポンダの位置表示に関して、特許文献1ではトランスポンダの深度情報が把握しにくいという問題があった。
【0009】
また、トランスポンダの起動に関して、特許文献1ではトランスポンダの起動用と探知用とを共用するため、両者を独立に最適化できない。例えばトランスポンダ起動用と探知用とで同一のティルト角で送受信する必要があった。また遠方になるほどトランスポンダに対する音圧が低下して、その起動が困難になるという問題があった。
【0010】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、所定探知領域を探知するとともに、水中に投入したトランスポンダの位置を確実にモニタリングできるようにした超音波送受信装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナーと、水中に投入されたトランスポンダとを備え、
トランスポンダはソナーから送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、ソナーは、船舶の船底に一つだけ備え付けられたトランスデューサと、該トランスデューサに与える探知信号の送信ビームまたは起動信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、トランスデューサから得られる探知信号の反射によるエコー信号と応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、エコー信号と応答信号を画像表示する画像表示手段とを備えたことを特徴としている。また、この発明の超音波送受波装置の送信ビーム形成手段は、起動信号の送信ビームを、ペンシル型の送信ビームで形成する。
【0012】
このようにトランスポンダはソナーから送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。
【0013】
また、この発明は、前記起動信号を前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことを特徴としている。これにより探知信号による探知とは独立してトランスポンダを起動させることができ、探知処理とトランスポンダ起動とをそれぞれ最適化できる。
【0014】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスポンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことを特徴としている。これにより魚群などの探知とトランスポンダの起動とを独立に行うことができる。
【0015】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、トランスポンダへの起動信号の送信ビームを、ソナーからトランスポンダへの方位またはチルト角に応じて形成することを特徴としている。これにより、非常に遠方にあるトランスポンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスポンダの利用可能距離が大幅に延びる。
【0016】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が探知信号の送信ビームの形成とトランスポンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、1回の送受信シーケンスで行うことを特徴としている。
【0017】
これにより、送受信を繰り返すことにより更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスポンダの起動とを独立に処理することができる。
【0018】
また、この発明は、前記送信ビーム形成手段が、水面に対して略垂直でトランスポンダの位置を含む垂直面内と、所定チルト角でトランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、受信ビーム形成手段が、垂直面内と所定チルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、画像表示手段が、垂直面内と所定チルト角の面内におけるエコー信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことを特徴としている。
これにより、トランスポンダの深度情報を容易に把握できるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図1〜図13を参照して説明する。
図1はその超音波送受信装置をトロール漁法に適用した例を示している。ここで、船舶(トロール漁船)6の船底には、所定の送信ビームと受信ビームを形成して所定の探知範囲を探知するスキャニングソナーのトランスデューサ1を備えている。船舶6の後方にはトロールネット2をワープ4で曳航をしている。このトロールネット2の網口にトランスポンダ5を取り付けている。ワープ4とトロールネット2との係合部分にはオッターボード3を設けていて、トロールネット2の曳航速度によって網口の開口が制御できるようにしている。トランスポンダ5はこの2つのオッターボード3につける場合もある。
【0020】
また、図1においてTBは傘状の送信ビームである。探知範囲は、この送信ビームTBと受信ビームとにより形成される。トランスポンダ5が探知信号またはトランスポンダ用の起動信号を受信すると、応答信号をワープ4に沿った方向すなわち船舶6方向に送信する。図中TPBはその応答信号の送信ビームを示している。超音波送受信装置はトランスデューサ1を介してこのトランスポンダ5からの応答信号を受信する。
【0021】
上記傘状の探知範囲のうち船舶6の前方(船首方向)で魚群の探索・発見を行い、上記傘状の探知範囲のうち船舶6の後方(船尾方向)で追尾し、トロールネット2で捕獲する魚群を探知する。このとき、ワープ4のワープ長は例えば1kmであり、トロールネット2の水深は例えば100m程度であるので、探知信号の送信ビームTBのチルト角は殆ど水平方向を向くことになる。
【0022】
図2はソナーの表示画面における表示例である。ここで(A)はその上半分に自船の船尾方向の探知画像、画面の下部に同方向を見たトランスポンダの位置を表示している。上半分の探知画像には岸壁、海底、海面反射などと共に魚群が表れている。下半分のトランスポンダの位置表示画像では、上半分の探知画像と異なりトランスポンダの位置のみが表示される。
【0023】
なお、この例では船尾方向の180°ずつの範囲を表示したが、探知画像とトランスポンダの位置表示画像共に360°の表示が可能である。その場合には、探知画像にトランスポンダの位置表示を重畳させて表示する。この時、探知画像とトランスポンダの位置表示画像とで、信号強度に対する色変化のカーブを異ならせることによって、探知画像内でトランスポンダの位置が色調の異なった画像として表示される。このことにより、探知画像内のトランスポンダの位置を明確に把握できるようになる。
【0024】
図2の(B)に示す例は、探知画像とトランスポンダの位置表示とを重畳表示した例である。図中、上方が船首方向である。この例では、左舷後方に白色のトランスポンダの位置表示画像TPが表れている。船首方向には魚群の画像SF1が、また船尾のトランスポンダ付近に魚群の画像SF2がそれぞれ表れている。このような状況で、その後、画像SF1として表れている船首方向の魚群に追いついて、その魚群の真上を通過し、その魚群をトロールネットに追い込むように操船することになる。
【0025】
図3は、所定チルト角の略水平面内の探知を行うHモードと、垂直面内の探知を行うVモードの両方を合わせて表示した例である。ここでSSは自船の位置を示している。Hモードの表示画面では図2の(B)で示したものと同様に船首方向の魚群SF1、船尾方向の魚群SF2、トランスポンダの位置表示画像TPが表れている。Vモードの表示画面はHモードの表示画面内における直線Lの垂直方向断面である。このHモードの画像とVモードの画像を併せて見ることによって、トランスポンダ(すなわちトロールネットの網口)と魚群との深度方向の位置関係も容易に把握できるようになる。
【0026】
図4は、探知画像とトランスポンダの位置とを同一画面に分けて表示するようにした例である。ここで、画面左上はHモードの探知画像、左下はVモードの探知画像である。右下がVモードでのトランスポンダの位置表示、その上はHモードでのトランスポンダの位置表示である。直線L1,L2,L3はHモードにおいて方位、Vモードにおいてティルト角をそれぞれ表している。Vモードの画面はHモードにおける直線L1,L2,L3における垂直断面像である。
【0027】
このように、魚群などの探知画像とトランスポンダの位置表示を併記表示すれば、トランスポンダの位置がより鮮明に表示されて両者の関係を容易に把握できるようになる。
【0028】
図5はスキャニングソナーに用いるトランスデューサの構成図である。図5に示すように、トランスデューサ1は、複数段、複数列の超音波振動子アレイで構成している。このトランスデューサ1は、船舶の底部に円筒の軸が垂直になるように設置される。
【0029】
図6は送信ビームについて説明する図である。同図の(A)は、水平の全方位を探査する場合に形成される送信ビームの指向性を示している。(B)は、所定ティルト角の全方位を探査する場合に形成される送信ビームを示している。各振動子を駆動する際、トランスデューサ1の下の段ほど遅延時間を長くすることにより傘型の送信ビームを所定角度だけ下方向にティルトさせる。
【0030】
図7は受信ビームについて説明する図である。受信ビームは、トランスデューサ1の円周方向の連続する複数列の振動子を組として用いる。所定数連続する複数列の振動子の受信信号を合成する際、(A)に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて合成することにより、(B)に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ1の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、所謂ペンシル型の受信ビームを形成する。
(C)はその遅延時間を一定にした例であり、(D)に示すように、受信ビームは水平方向を向く。(E)は、下の段ほど遅延時間を長くした例であり、(F)に示すように、受信ビームは下方向にティルトする。
【0031】
このように傘型の送信ビームを形成し、その送信ビーム内の所定方位をペンシル型の受信ビームで受信することにより、傘型の探知範囲について探知する。
【0032】
図8は上記送信ビームと受信ビームによる探知範囲を示す図である。ここで、TBは傘型の送信ビーム、RBはペンシル型の受信ビームである。方位方向へはトランスデューサ1の列方向の振動子の数に応じた分解能で受信ビームRBを形成する。また、距離方向については、時間軸上のサンプリング周期に応じた分解能で、送信ビームTB内の任意の区画Pについて探知画像データを順次生成する。
【0033】
図8において、送信ビームを水平(θ=90°)方向またはそれより所定角度ティルトさせることにより、Hモードの探知を行う。
【0034】
なお、図6に示した例では傘型の送信ビームを形成する例を示したが、後述するように、トランスポンダの起動信号を最適化する場合に、トランスポンダへペンシル型の送信ビームを形成する。その場合は、丁度図7に示した位相制御を送信時に適用する。すなわち、図7の(A)に示すように、連続する複数列の中央部ほど位相を遅らせて振動させることにより、(B)に示すように、水平方向の指向性を鋭くする。また、トランスデューサ1の段方向に遅延時間を設定することによって、ティルト角を制御するとともに、垂直方向の指向性も鋭くする。このことにより、ペンシル型の送信ビームを形成する。
【0035】
以上に示した例では、円筒面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いたが、球面の全面またはその一部の面に複数の振動子を配列したトランスデューサを用いてもよい。
【0036】
図9は、上記トランスデューサを用いて、Vモードの探知を行う例について示す図である。図9の(A),(B)は、矢印で示す船首方位に対してベアリング角αをなす垂直面の探知範囲について示している。(A)は円筒形のトランスデューサ1を用いた場合の例、(B)は球形のトランスデューサ1′を用いた例である。このように、Vモードの探知では、垂直面に沿って扇状に広がる範囲を探知する。
【0037】
このように、図9に示した所定ベアリング角αをなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームを形成し、その扇形に沿って、ペンシル型の受信ビームのティルト角を順次高速に変化させることにより、すなわち受信ビームの走査を行うことによって、Vモードの探知行う。
【0038】
図10の(A)は、スキャニングソナーの送受信チャンネルの構成を示すブロック図である。図10において、プログラマブル送信ビームフォーマ21は、各送受信チャンネルに対して送信制御データ(TXデータ)を与える。インタフェース11は、インタフェース20を介して、プログラマブル送信ビームフォーマ21から与えられた送信制御データに基づいてドライバ回路12の各駆動素子をスイッチング制御する。これによりドライバ回路12は、パルス幅変調された送信信号を出力する。TX増幅回路13は、その送信信号を増幅し、送信整合回路14および送受切替回路15を介して振動子10を駆動する。送受切替回路15は、送信期間にTX増幅回路13の出力信号を振動子10へ導き、受信期間に、振動子10が出力した信号を、受信整合回路16およびプリアンプ17へ受信信号として導く。プリアンプ17はこの受信信号を増幅し、バンドパスフィルタ18は受信信号の周波数帯域以外のノイズ成分を除去する。A/Dコンバータ19は、その受信周波数帯域の信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、ディジタルデータ列に変換する。
【0039】
上記の部分で送受信チャンネルch1を構成する。この送受信チャンネルを、ch2,ch3,・・・chNで示すように、振動子10の数だけ設けている。
【0040】
プログラマブル送信ビームフォーマ21は、Hモードの探知を行う場合、所定のチルト角で傘状の送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。また、Vモードの探知を行う場合、図9に示した所定ベアリング角αをなす垂直面に沿って扇形に広がる送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。さらに、後述するように、トランスポンダの起動信号を最適化する場合、トランスポンダへ起動信号の送信ビームを形成するために、所定方位・所定チルト角のペンシル型送信ビームが形成されるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを発生する。
【0041】
図10の(B)は、(A)に示した複数の送受信チャンネルch1〜chNを用いて受信ビームを形成するとともに、所定探知範囲の探知画像およびトランスポンダの位置表示を行うための受信信号処理部のブロック図である。ここで受信ビームフォーマ22は、(A)に示したインタフェ−ス20から入力したNチャンネル分の受信データを基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、所定の方位にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。フィルタ23はその受信信号のうち、エコー探知送受信ビームによる受信信号H1を、25kHzを中心周波数とするバンドパスフィルタのフィルタリング(デジタルフィルタ演算)によって抽出する。また、トランスポンダ探知用受信ビームによる受信信号H2を、24kHzを中心周波数とするバンドパスフィルタのフィルタリングによって抽出する。エンベロープ検出回路24は、この2つの受信信号H1,H2についてそれぞれ検波し、それぞれの信号強度を求める。画像処理部25は、検出されたH1,H2の信号強度に応じて探知画像およびトランスポンダの位置を表示するための画像データを生成する。ディスプレイ操作部26は、表示部とユーザインタフェ−スの入力操作部からなり、操作者の操作内容を制御部27から読み取り、画像処理部25より出力された信号を基に画像表示を行う。また、このディスプレイ操作部26は、図10に示した各部の制御を行う。例えば、Hモードで表示する際の探知範囲のティルト角θや、Vモードで表示する際の船首方位に対するベアリング角αの設定や表示モードの切り替えなどを行う。
【0042】
図11はトランスポンダの構成を示すブロック図である。ここで、振動子30はソナーからの探知信号または起動信号を受信し、その応答信号を送信する。送受切り替え回路36は、通常受信モードで待機していて、振動子30による受信信号をプリアンプ31へ与える。プリアンプ31はこれを増幅し、バンドパスフィルタ32はトランスポンダ起動用の周波数帯域(25kHz)を中心とする所定帯域の信号を通過させる。制御回路33はバンドパスフィルタ32の出力信号が所定の閾値を超えた時、パルス発生回路34を起動する。パルス発生回路34は応答信号である24kHzのトーンバースト波を発生する。送信回路35はこれを増幅し、送受切り替え回路36を送信側に切り替えて振動子30を駆動する。これにより応答信号を送信する。
【0043】
図12はスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキャニングソナーのトランスデューサからは25kHzの探知信号f1が送信される。トランスポンダはこれを受信することにより起動し、24kHzの応答信号f2を送信する。ターゲットは探知信号f1を受動的に反射する。これによりスキャニングソナーのトランスデューサは、エコー信号f1とトランスポンダの応答信号f2とが空間的に重畳された信号を受信することになる。
【0044】
図13はスキャニングソナーの探知動作時のタイミングチャートを示すものである。図13において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち1つの振動子へ与えられる駆動波形(送信信号)を代表して示している。この例では探知信号f1(25kHz)を出力する。
【0045】
「受信A/Dデータ」は、図10に示したA/Dコンバータ19により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。
「RXBMF出力」では、図10に示したプログラマブル受信ビームフォーマ22の処理によって、エコー探知およびトランスポンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。この例では、64本のビームでエコー探知用兼トランスポンダ探知用の受信ビームを形成する。
【0046】
「フィルタ出力」では、エコー探知用のモード(H1モード)のための25kHzの周波数フィルタリングと、トランスポンダ探知用のモード(H2モード)のための24kHzの周波数フィルタリングを行う。
【0047】
「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図10に示したエンベロープ検出部24でエンベロープを検出し、画像処理部25で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部26に表示する。
【0048】
以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを1つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。
【0049】
次に、第2の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図14〜図16を参照して説明する。
以上に示した例では、探知信号をトランスポンダの起動信号に兼用した例を示したが、トランスポンダの起動信号を探知信号とは異なった周波数の信号とした例について次に説明する。
図14はその場合のスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダ、および魚群などのターゲットとの間での送受信信号の関係を示している。スキャニングソナーのトランスデューサからは25kHzの探知信号f1と、26kHzの起動信号f4が送信される。トランスポンダはこれを受信することにより起動し、27kHzの応答信号f3を送信する。ターゲットは探知信号f1を受動的に反射する。これによりスキャニングソナーのトランスデューサは、エコー信号f1とトランスポンダの応答信号f3とが空間的に重畳された信号を受信することになる。
【0050】
図15はこの場合の受信信号処理部の構成を示すブロック図である。各送受信チャンネルと送信ビームフォーマの構成は図10の(A)に示したものと同様である。但し、送信ビームフォーマはエコー探知用の送信ビームとは別にトランスポンダ起動用の送信ビームを形成する。
【0051】
図15において、受信ビームフォーマ22は、エコー探知用の受信ビームを形成し、トランスポンダからの応答信号受信用の受信ビームを形成する。フィルタ23はエコー探知用受信ビームによる受信信号H1に対して25kHzを中心とする所定帯域を通過させ、またトランスポンダからの応答信号受信用受信ビームによる受信信号H2に対して27kHzを中心とする所定帯域を通過させる。その他は図10の(B)に示したものと同様である。
【0052】
図16はスキャニングソナーの探知動作時のタイミングチャートを示している。図16において、「送信信号」はトランスデューサの複数の振動子のうち1つの振動子へ与えられる駆動波形(送信信号)を代表して示している。この例ではHモードのための探知信号f1(25kHz)を送信し、トランスポンダ起動用信号f4(26kHz)を送信する。この2つの信号は送信ビーム形成期間中に相次いで送信する。
【0053】
「受信A/Dデータ」は、図10に示したA/Dコンバータ19により変換された時系列データである。受信ビーム形成期間に、各チャンネルからの時系列データを処理する。
「RXBMF出力」では、図10に示したプログラマブル受信ビームフォーマ22の処理によって、エコー探知およびトランスポンダの応答信号を受信するための受信ビームを形成する。プログラマブル受信ビームフォーマ22の受信ビーム形成能力が128本の場合、エコー探知用のモード(H1モード)のためにビーム番号1〜64の64本のビームを割り当て、トランスポンダ探知用のモード(H2モード)についてビーム番号65〜128の64本のビームを割り当てる。
【0054】
「フィルタ出力」では、第1の実施形態の場合と同様に、探知信号と応答信号にそれぞれ応じた周波数フィルタリングを行う。
【0055】
「描画処理」では、このようにして求めた探知信号と応答信号について、図10に示したエンベロープ検出部24でエンベロープを検出し、画像処理部25で探知信号の画像データと応答信号の画像データをそれぞれ生成し、それらをディスプレイ操作部26に表示する。
【0056】
以上の送信ビーム形成期間と、それに続く受信ビーム形成期間とを1つの送受信シーケンスとし、これを繰り返す。なお、探知信号f1の送信タイミングと、トランスポンダ起動用信号f4の送信タイミングとは同時ではないので、探知画像とトランスポンダの位置表示のための描画処理時には、その時間差分の補正を行う。
【0057】
このように、トランスポンダの起動信号を探知信号の送信ビームを別に形成する場合、垂直方向にビームが広がる送信ビームで起動信号を送信すれば、トランスポンダの探知を容易に行うことができる。
【0058】
なお、このようにトランスポンダ起動用の信号をエコー探知用の信号とは別に作成する方法によれば、例えばFM,PSK,FSK等の変調波をトランスポンダ起動用信号として送信してもよい。そのことによってトランスポンダの起動信号とエコー探知信号との混信を更に抑制することができる。また、トランスポンダが、その応答信号としてFM,PSK,FSK等の変調波を送信するようにしてもよい。そのことによってトランスポンダの応答信号とエコー信号との混信を更に抑制することができる。
【0059】
上述の例では、送信ビーム形成期間中に2つの送信ビーム形成用の送信信号を時分割的に送信したが、これらを同時に送信してもよい。すなわち、探知信号f1と起動信号f4の合成信号を1つのバースト波として一度に送信するようにしてもよい。
【0060】
また、上述の例では、Hモードでエコーの探知を行い、且つトランスポンダの起動を行うようにしたが、同様にしてVモードでエコーの探知を行い、且つトランスポンダの起動を行うこともできる。さらに、HモードとVモードでエコーの探知およびトランスポンダの起動を実質的に同時に行うこともできる。例えば、1つの送信ビーム形成期間で、Hモードでエコー探知およびトランスポンダ起動のための送信ビームを形成し、Vモードでエコー探知およびトランスポンダ起動のための送信ビームを形成する。そして受信ビーム形成期間で、Hモードでエコー探知およびトランスポンダの位置検出のための受信ビームを形成し、さらにVモードでエコー探知およびトランスポンダの位置検出のための受信ビームを形成する。その結果、図3や図4に示したように、Hモードでの探知画像とトランスポンダの位置表示、およびVモードでの探知画像とトランスポンダの位置表示を行うことができる。
【0061】
次に、第3の実施形態に係るスキャニングソナーについて、図17を参照して説明する。
以上に述べた幾つかの例では、所定探知範囲(断面)内にトランスポンダが存在することにより、その探知範囲への送信ビームの形成によりトランスポンダが起動されるようにした。この第3の実施形態は、トランスポンダの位置を追尾してトランスポンダへの起動信号を最適化するものである。
【0062】
図17の(A)はチルト角に関する処理である。まず、所定方位の垂直面内の探知画像データを生成し、トランスポンダの垂直方向の位置(トランスポンダからの応答信号のチルト角)を検知する。そして、起動信号の送信ビームのチルト角および受信ビームのチルト角を応答信号のチルト角に合わせる。図17の(B)は方位に関する処理である。まず、所定の略水平面内の探知画像データを生成し、トランスポンダの水平面方向の位置(トランスポンダからの応答信号の方位)を検知する。そして、起動信号の送信ビームの方位および受信ビームの方位を応答信号の方位に合わせる。
【0063】
図10に示したプログラマブル送信ビームフォーマ21は、トランスポンダへ起動信号の送信ビームが上記設定された方位とチルト角のペンシル型の送信ビームとなるように、各送受信チャンネルが振動子を駆動する位相と重みを制御するための送信制御データを各送受信チャンネルへ与える。また、受信ビームフォーマ22は、各送受信チャンネルからの受信データを基に、各振動子による受信信号の位相とウェイトの制御を行うとともに合成することによって、トランスポンダの方向にペンシルビーム型の受信ビームを形成し、その受信信号を得る。
【0064】
なお、この図7に示した例では、起動信号の送信ビームのチルト角と方位の両方をトランスポンダの方向へ向けるように制御したが、チルト角と方位の一方のみを制御するようにしてもよい。
【0065】
【発明の効果】
この発明によれば、トランスポンダはソナーから送信される探知信号の周波数帯域とは異なる周波数の応答信号を送信するので、エコー信号と応答信号とを識別して信号処理することができる。
【0066】
また、この発明によれば、トランスポンダの起動信号を探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号としたことにより、探知信号による探知とは独立してトランスポンダを起動させることができ、探知処理とトランスポンダ起動とをそれぞれ最適化できる。
【0067】
また、この発明によれば、前記スキャニングソナーが探知範囲への探知信号の送信ビームとトランスポンダへの起動信号の送信ビームとを別に形成する手段を備えたことにより、魚群などの探知とトランスポンダの起動とを独立に行うことができる。
【0068】
また、この発明によれば、送信ビーム形成手段が、トランスポンダへの起動信号の送信ビームを、ソナーからトランスポンダへの方位またはチルト角に応じて形成することにより、非常に遠方にあるトランスポンダでも起動に必要な音圧以上の起動信号を受信することができ、トランスポンダの利用可能距離が大幅に延びる。
【0069】
また、この発明によれば、探知範囲への探知信号の送信ビームの形成と、トランスポンダへの起動信号の送信ビームの形成とを、1回の送受信シーケンスで行うことにより、送受信を繰り返して更新される探知画像の更新周期を変えることなく、且つ探知とトランスポンダの起動とを独立に処理することができる。
【0070】
また、この発明によれば、水面に対して略垂直で且つトランスポンダの位置を含む面内と、所定チルト角で且つトランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームおよび受信ビームを形成し、垂直面内と所定チルト角の面内におけるエコー信号と応答信号の画像を併せて表示する手段を備えたことにより、トランスポンダの深度情報を容易に把握できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】船舶と探知範囲およびトランスポンダの位置の関係を示す図
【図2】Hモードにおける探知画像とトランスポンダの位置表示の例を示す図
【図3】HモードとVモードにおける探知画像とトランスポンダの位置を併せて表示した例を示す図
【図4】Hモードの探知画像、Vモードにおける2方向の探知画像、HモードおよびVモードにおけるトランスポンダの位置を併せて表示した例を示す図
【図5】トランスデューサの構成例を示す斜視図
【図6】送信ビームの形成を説明するための図
【図7】受信ビームの形成を説明するための図
【図8】送信ビーム、受信ビーム、および探知範囲の関係を示す図
【図9】Vモードでの探知時の探知範囲の例を示す図
【図10】スキャニングソナーの送受信チャンネルおよび受信信号処理部の構成を示すブロック図
【図11】トランスポンダの構成を示すブロック図
【図12】スキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダおよびターゲットとの間での各種信号の関係を示す図
【図13】スキャニングソナーにおけるタイミングチャート
【図14】第2の実施形態に係るスキャニングソナーのトランスデューサ、トランスポンダおよびターゲットとの間での各種信号の関係を示す図
【図15】受信信号処理部の構成を示すブロック図
【図16】スキャニングソナーにおけるタイミングチャート
【図17】第3の実施形態に係るスキャニングソナーにおけるフローチャート
【符号の説明】
1−トランスデューサ
2−トロールネット
3−オッターボード
4−ワープ
5−トランスポンダ
6−船舶(トロール船)
10−振動子
30−振動子
ch−送受信チャンネル
TB−探知信号の送信ビーム
TPB−トランスポンダ応答信号の送信ビーム
H1−エコー探知用受信ビームによる受信信号
H2−トランスポンダ探知用受信ビームによる受信信号
Claims (5)
- 船舶に装備されて、探知信号の送信ビームと受信ビームにより水中を探知するソナーと、水中に投入されたトランスポンダとを備え、
前記トランスポンダは前記ソナーから送信された起動信号を受信することにより起動して、該探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の応答信号を送信する手段を備え、
前記ソナーは、前記船舶の船底に一つだけ備え付けられたトランスデューサと、該トランスデューサに与える前記探知信号の送信ビームまたは前記起動信号の送信ビームを形成する送信ビーム形成手段と、前記トランスデューサから得られる前記探知信号の反射によるエコー信号と前記応答信号を受信するための受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、前記エコー信号と前記応答信号を画像表示する画像表示手段とを備えた超音波送受信装置。 - 前記送信ビーム形成手段は、前記起動信号の送信ビームを、ペンシル型の送信ビームで形成する請求項1に記載の超音波送受信装置。
- 前記起動信号は前記探知信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号である請求項2に記載の超音波送受信装置。
- 前記送信ビーム形成手段は、探知信号の送信ビームの形成と、前記起動信号の送信ビームの形成とを、1回の送受信シーケンスで行う請求項3に記載の超音波送受信装置。
- 前記送信ビーム形成手段は、水面に対して略垂直で前記トランスポンダの位置を含む垂直面内と、所定チルト角で前記トランスポンダの位置を含む面内をそれぞれ探知する送信ビームを形成し、前記受信ビーム形成手段は、前記垂直面内と前記所定チルト角の面内とにそれぞれ受信ビームを形成し、前記画像表示手段は、前記垂直面内と前記所定チルト角の面内における前記エコー信号と前記応答信号の画像を併せて表示する手段を備えた請求項1〜4のいずれかに記載の超音波送受信装置。
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