JP6761893B2 - 超音波探知装置及び超音波探知方法 - Google Patents
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Description
に関する。
以下、本発明の実施形態に係る超音波探知装置としての水中探知装置について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係る水中探知装置1は、いわゆるマルチピング(multi−ping)方式の水中探知装置である。このマルチピング方式は、マルチパルス(multi−pulse)方式と呼ばれる場合もある。
図1は、本発明の第1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。水中探知装置1は、図1に示すように、送波部2と、受波部3と、回転駆動部としてのモータ4aと、回転角度検出部4bと、送受信装置5と、信号処理部10と、表示部8とを備えている。
図6は、信号処理部10の構成を示すブロック図である。信号処理部10は、図6に示すように、制御部11と、送信タイミング制御部12と、送信信号生成部13と、フィルタ係数生成部14と、エコー信号取得部15と、画像データ生成部としてのファンエリア内探知データ生成部20と、合成画像データ生成部としての3次元エコーデータ処理部21と、を有している。信号処理部10は、ハードウェア・プロセッサ9(例えば、CPU、FPGA等)及び不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。例えば、CPUが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部10を、制御部11、送信タイミング制御部12、送信信号生成部13、フィルタ係数生成部14、エコー信号取得部15、ファンエリア内探知データ生成部20、及び3次元エコーデータ処理部21として機能させることができる。
以上のように、本実施形態に係る水中探知装置1では、複数の超音波振動子3aのそれぞれで受波された受信波に基づいて生成されたエコー信号ES1,ES2,ES3に基づいてビームフォーミングを行うことにより、ファンエリアFA内のエコー強度を算出することができる。これにより、ファンエリアFA内のエコー強度を求めるために受波部3を機械的に動かす必要がなくなるため、比較的短時間で当該2次元状の領域内のエコー強度を求めることができる。
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。
本変形例の送信タイミング制御部12aは、図11を参照して、各送信トリガTr1〜Tr3を、上記実施形態における時間間隔T1〜T3(=T/3)と同じ時間間隔である基準周期Tstに対して、例えば±20%の範囲内に収まるようなランダムなタイミングで出力する。そうすると、それに伴って、各送信パルス波P1〜P3の周期もランダム化する。これにより、図11を参照して、時間的に連続する2つのシーケンスSa,Sbの関係において、後に送波される第2シーケンスSbに含まれる第1送信パルス波(第3パルス波とも呼ばれる)と第2送信パルス波(第4パルス波とも呼ばれる)との時間間隔である第2時間間隔T1bが、先に送波される第1シーケンスSaに含まれる第1送信パルス波P1と第2送信パルス波との時間間隔である第1時間間隔T1aと異なることになる。そうすると、詳しくは以下で説明するが、各ファンエリア内エコー強度において、他周波数エコー信号に起因する偽像が出現する位置を、送信毎に、言い換えればファンエリアFAの角度位置毎に、変えることが可能となる。
本変形例の信号処理部10aのファンエリア内探知データ生成部20aは、図10に示すように、偽像を低減するための偽像低減部としての平滑化処理部22を有している。具体的には、ファンエリア内探知データ生成部20aは、まず、上記実施形態の場合と同様、モータ4aによって回転させられるファンエリアの角度位置(図5におけるφ=φ1,φ2,…)のそれぞれのときのファンエリア内エコー強度を算出する。そして、平滑化処理部22は、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られたファンエリア内エコー強度を平滑化する。具体的には、例えば一例として、隣り合う角度位置のそれぞれに対応して得られたファンエリア内エコー強度において、対応する距離r及び角度θのエコー強度を平滑化する。3次元エコーデータ処理部21は、このようにして平滑化処理が行われた各角度位置φ1,φ2,…ごとのファンエリア内エコー強度を、3次元エコーデータ処理部21へ出力する。平滑化処理部22が行う平滑化処理としては、平均、重み付き平均、最小値選択等が挙げられる。例えば、重み付き平均を行うためには、FIRフィルタ、或いはIIRフィルタを用いて平滑化処理部22を構成すればよい。
て得られたエコー像E1,E2,E3と、第2周波数帯の第2送信パルス波P2によって得られた偽像F1,F2とが含まれる。エコー像E1は、第1送信パルス波P1が直接、受波部3に受波されることによって得られたエコー像であり、いわゆる発信線である。また、エコー像E2は、海底に起因するエコー像である。また、エコー像E3は、魚群或いは漁礁に起因するエコー像である。また、偽像F1は、第1送信パルス波が送波されてから所定時間経過後に送波された第2送信パルス波P2が直接、受波部3に受波されることによって得られたエコー像であって、フィルタ処理部18によって除去しきれなかった偽像要因信号に起因する偽像である。また、偽像F2は、第2送信パルス波P2が海底で反射して帰来した受信波に起因するエコー像であって、フィルタ処理部18によって除去しきれなかった偽像要因信号に起因する偽像である。このように、平滑化処理が行われる前のエコー画像には、偽像要因信号に起因する偽像F1,F2が出現しうる。
以下、本発明第2実施形態に係る超音波探知装置としての水中探知装置について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係る水中探知装置1Aは、第1実施形態の水中探知装置1と同様に、いわゆるマルチピング(multi−ping)方式の水中探知装置である。
図17は、本発明の第2実施形態に係る水中探知装置1Aの構成を示すブロック図である。水中探知装置1Aは、図17に示すように、送波部2Aと、受波部3Aと、送受信装置5Aと、信号処理部10Aと、表示部8Aとを備えている。
図19は、信号処理部10Aの構成を示すブロック図である。信号処理部10Aは、図19に示すように、制御部11Aと、送信タイミング制御部12Aと、送信信号生成部13Aと、フィルタ係数生成部14Aと、エコー信号取得部15Aと、画像データ生成部20Aと、を有している。信号処理部10Aは、ハードウェア・プロセッサ9A(例えば、CPU、FPGA等)及び不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。例えば、CPUが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部10Aを、制御部11A、送信タイミング制御部12A、送信信号生成部13A、フィルタ係数生成部14A、エコー信号取得部15A、及び、画像データ生成部20Aとして機能させることができる。
以上のように、本第2実施形態に係る水中探知装置1Aでは、第1送信パルス波P1Aが送波されてから、超音波が探知レンジRを往復する時間Tよりも短い時間間隔で、第1送信パルス波P1Aと周波数帯が異なる第2送信パルス波P2Aを送波している。こうすると、次の送信パルス波を短い時間間隔で送波できるため、短時間で次のエコー信号を得ることができる。しかも、第1送信パルス波P1Aの周波数帯と第2送信パルス波P2Aの周波数帯とは異なっているため、複数の周波数帯が混在したエコー信号の中から、例えばフィルタ等を用いることにより、所望の周波数帯のエコー信号を抽出することが可能となる。
以上、本発明の第2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。
本変形例の送信タイミング制御部12Aは、図24を参照して、各送信トリガTr1A〜Tr3Aを、上記第2実施形態におけるシーケンスの周期TAの1/3(=TA/シーケンスの種類数)と同じ時間間隔である基準周期Tstに対して、例えば±20%の範囲内に収まるようなランダムなタイミングで出力する。そうすると、それに伴って、各送信パルス波P1A〜P3Aの周期もランダム化する。これにより、時間的に連続する2つのシーケンスSaA,SbAの関係において、後に送波される第2シーケンスSbAに含まれる第1送信パルス波(第3パルス波とも呼ばれる)と第2送信パルス波(第4パルス波とも呼ばれる)との時間間隔である第2時間間隔T1bが、先に送波される第1シーケンスSaAに含まれる第1送信パルス波P1Aと第2送信パルス波との時間間隔である第1時間間隔T1aと異なることになる。そうすると、詳しくは以下で説明するが、各エリア内エコー強度において、他周波数エコー信号に起因する偽像が出現する位置を、送信毎に、変えることが可能となる。
図23を参照して、本変形例の信号処理部10Aの画像データ生成部20Aは、偽像を低減するための偽像低減部としての平滑化処理部22Aを有している。具体的には、画像データ生成部20Aは、まず、エコー信号抽出部16Aから得られた、進行方向D1の各位置における、深度(水深方向D2)に応じたエコー信号の信号レベルを読み込む。そして、平滑化処理部22Aは、隣り合う進行方向D1における位置のそれぞれに対応して得られたエコー強度を平滑化する。具体的には、一例として、隣り合う進行方向D1の位置のそれぞれに対応して得られたエコー強度において、対応する水深方向D2のエコー強度を平滑化する。そして、画像データ生成部20Aは、このようにして平滑化処理が行われた各進行方向位置ごとのエコー強度を用いて、探知映像の画像データを生成する。平滑化処理部22Aが行う平滑化処理としては、平均、重み付き平均、最小値選択等が挙げられる。例えば、重み付き平均を行うためには、FIRフィルタ、或いはIIRフィルタを用いて平滑化処理部22Aを構成すればよい。
2 送波部
3 受波部
3a 受波素子
4a モータ(回転駆動部)
13 送信信号生成部
15,15a エコー信号取得部
20,20a ファンエリア内探知データ生成部(画像データ生成部)
21 3次元エコーデータ処理部(合成画像データ生成部)
Claims (16)
- 所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知装置であって、
第1周波数帯の第1パルス波及び前記第1周波数帯とは周波数帯が異なる第2周波数帯の第2パルス波を含むシーケンスであって、前記第1パルス波と前記第2パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第1時間間隔に設定された第1シーケンス、を送波する送波部と、
複数の受波素子を有し、各前記受波素子が、前記第1パルス波の反射波及び前記第2パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換する受波部と、
前記受波部を回転駆動させる回転駆動部と、
前記エコー信号の中から、前記第1周波数帯に対応する周波数帯の第1エコー信号、及び前記第2周波数帯に対応する周波数帯の第2エコー信号、を取得するエコー信号取得部と、
複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第1エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第1画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第2エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第2画像データを生成する画像データ生成部と、
前記第1画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第2画像データが生成されたときの、前記回転駆動部によって回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第1画像データ及び前記第2画像データを合成して合成画像データを生成する合成画像データ生成部と、
を備えており、
前記送波部は、第3周波数帯の第3パルス波及び前記第3周波数帯とは周波数帯が異なる第4周波数帯の第4パルス波を含むシーケンスであって、前記第3パルス波と前記第4パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第2時間間隔に設定された第2シーケンス、を前記第1シーケンスよりも遅れて送波し、
前記第2時間間隔は前記第1時間間隔と異なることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1に記載の超音波探知装置において、
前記第1画像データに含まれるエコー像であって、前記第2パルス波に起因するエコー像である偽像、のエコー強度を低減する偽像低減部、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項2に記載の超音波探知装置において、
前記偽像低減部は、前記第1画像データ及び前記第2画像データのそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有していることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項2に記載の超音波探知装置において、
前記偽像低減部は、前記受波部が略同じ角度位置のときに前記画像データ生成部に生成された複数の画像データ、のそれぞれにおける対応する位置から得られたエコー強度を平滑化することにより前記偽像のエコー強度を低減する平滑化処理部、を有していることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項2に記載の超音波探知装置において、
前記偽像低減部は、
前記偽像の要因となる偽像要因信号を検出する偽像検出部と、
前記偽像検出部によって検出された前記偽像要因信号のエコー強度を低減することにより前記偽像を低減する偽像エコー強度低減部と、
を有していることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項5に記載の超音波探知装置において、
前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって前記第1画像データが生成される前に前記偽像のエコー強度を低減することを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項5に記載の超音波探知装置において、
前記偽像低減部は、前記画像データ生成部によって生成された前記第1画像データにおける前記偽像のエコー強度を低減することを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超音波探知装置において、
各前記受波素子の受波面は、長方形状に形成され、各前記受波素子は、扇形状のファンエリアからの前記反射波を受波可能に構成されていることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の超音波探知装置において、
前記回転駆動部は、前記画像データ生成部がビームフォーミングを行う面に垂直な方向へ前記受波部を回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の超音波探知装置において、
前記受波部及び前記送波部は、互いに分離して設けられていて、相対移動不能であることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の超音波探知装置において、
前記回転駆動部は、前記受波部を水平面に沿って回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の超音波探知装置において、
前記回転駆動部は、前記受波部を垂直面に沿って回転駆動させることを特徴とする、超音波探知装置。 - 所定の検出範囲内の対象物を検出する超音波検出装置であって、
第1の周波数帯の第1パルス波と前記第1周波数帯とは異なる周波数帯の第2の周波数帯の第2パルス波とを含む複数のシーケンスを送信する送波部であって、前記第1パルス波と前記第2パルス波との間の時間間隔は、水中での超音波が前記検出範囲を往復する時間よりも短くされ、前記時間間隔は、前記複数のシーケンスのうちの2つのシーケンスの間で異なる送波部と、
前記第1パルス波と前記第2パルス波の反射波を受信する受信素子であって、前記反射波をエコー信号に変換する受信素子を含む、受波部と、
前記エコー信号から第1エコー信号及び第2エコー信号を取得するエコー信号取得部であって、前記第1エコー信号は前記第1の周波数帯に関連する周波数帯から検索され、前記第2エコー信号は前記第2の周波数帯に関連する周波数帯から検索されるエコー信号取得部と、
前記第1エコー信号に基づいて生成される第1画像データを生成し、前記第2エコー信号に基づいて生成される第2画像データを生成する画像データ生成部と、
を備えていることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項13に記載の超音波検出装置において、
前記第1画像データ及び前記第2画像データのエコー強度を、前記第1画像データ及び前記第2画像データの対応する位置で平滑化する平滑化処理部、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。 - 請求項13又は請求項14に記載の超音波検出装置において、
前記第1画像データに含まれており且つ前記第2パルス波に起因するエコー画像である、偽像を発生させる原因となる偽画像発生信号を検出する偽像検出部と、
前記偽像検出部によって検出された前記偽画像発生信号のエコー強度を低減する偽像エコー強度低減部と、を更に備えていることを特徴とする、超音波探知装置。 - 所定の探知レンジ内の対象物標を探知する超音波探知方法であって、
第1周波数帯の第1パルス波及び前記第1周波数帯とは周波数帯が異なる第2周波数帯の第2パルス波を含むシーケンスであって、前記第1パルス波と前記第2パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第1時間間隔に設定された第1シーケンス、を送波し、複数の受波素子の各前記受波素子が前記第1パルス波の反射波及び前記第2パルス波の反射波を受波してエコー信号に変換し、複数の前記受波素子を有する受波部を回転駆動させ、前記エコー信号の中から、前記第1周波数帯に対応する周波数帯の第1エコー信号、及び前記第2周波数帯に対応する周波数帯の第2エコー信号、を取得し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第1エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第1画像データを生成し、複数の前記受波素子のそれぞれから得られた前記第2エコー信号に基づいてビームフォーミングを行うことにより第2画像データを生成し、前記第1画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置と、前記第2画像データが生成されたときの、回転駆動された前記受波部の角度位置とに基づいて、前記第1画像データ及び前記第2画像データを合成して合成画像データを生成し、
第3周波数帯の第3パルス波及び前記第3周波数帯とは周波数帯が異なる第4周波数帯の第4パルス波を含むシーケンスであって、前記第3パルス波と前記第4パルス波との間の時間間隔が、水中において超音波が前記探知レンジを往復する時間よりも短い第2時間間隔に設定された第2シーケンス、を前記第1シーケンスよりも遅れて送波し、
前記第2時間間隔は前記第1時間間隔と異なる、超音波探知方法。
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