JPH0257877B2

JPH0257877B2 -

Info

Publication number: JPH0257877B2
Application number: JP59014644A
Authority: JP
Inventors: Masayo Hayashi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-01-30
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1990-12-06
Also published as: JPS60158371A

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は送受波器を搭載した曳航体の位置、動
揺に係わる記録の乱れを補正する手段を有するサ
イドスキヤンソーナーに関する。サイドスキヤンソーナーは通常曳航体の両舷で
受信した音波信号を処理し、海底面からの反射波
の画像を記録する。通常各舷で音波信号をＡ／Ｄ
変換し、曳航体から目標物の距離を送波から受波
記録の各々時刻までの時間に音速を乗じて算出す
る（これを斜距離という。）それで、各送波時刻
を一つの軸にし、各送波の海底から戻つてくる反
射波の強さをもう一つの軸にして、２次元的画像
を構成する。しかしながら、このように、曳航体
から目標物までの距離を前記斜距離を使用して画
像を作成すると、実海底地形との距離のずれ（以
下では精度とも言う）が生じるので、幾何学的に
斜距離補正（曳航体から海底の距離を用いて曳航
体から目標物の水平距離に置き換えるのを斜距離
補正という）がよく用いられる。サイドスキヤンソーナーによる探知の際、航行
を定針、定速を維持するのが一般的の原則である
が、やむをえない理由で進行方向、速度を変更す
る場合は（第１図を参照）前記の補正以外さらに
航跡を考慮した補正を施さなければならない（航
跡補正と呼ぶことにする）。航跡補正は探査の期
間の航跡データを必要とする。また、処理の際
は、側舷Ｎ個のデータがある場合には曳航体の位
置〔（Ｘ，Ｙ）座標〕の補正で2N回の計算、一
方、スキヤンライン方向の（曳航体の運行方向に
垂直する探査線）の補正も2N回の計算が要する。
したがつて、実海底の地形に近い画像を構成する
にはある程度計算時間がかかり、装置の記憶容量
もある程度大きくなくてはならない。本発明は上記欠点を解決するため、航跡補正を
行う場合、その必要があるときのみ補正を行うこ
とによりデータ処理の規模を削減して実海底地形
に近い画像を表示するサイドスキヤンソーナーを
提供するものである。本発明は従来のサイドスキヤンソーナーの曳航
体等に測位及び方位センサを搭載し、その結果に
従つて、サイドスキヤンソーナーの音響ビームの
探査面を推測し、それが曳航方向に直角でない場
合はその偏差量を検出して、表示信号に補正を行
う。こうした補正後の信号を画像表示器に表示す
るものであるが、補正処理を高速にするため、航
跡補正の必要性を判定するデータについては、制
御部では曳航***置及びスキヤンライン方位を補
正する。このように本装置は方位センサ、測位セ
ンサ及び送受波器は付いている曳航体、それと表
示器、制御部、から構成される。次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。第２図はその構成ブロツク図を示す。サ
イドスキヤンソーナーは曳航体１に送受波器２を
搭載し、収録した音波信号を制御部３へ送り、一
方、曳航体の位置を測定する手段及び方位を測定
する手段、つまり測位センサ５及び位センサ６が
ある。曳航体の位置及び方位のデータを制御部に
入力し、補正する際に用いられる。制御部で処理
済のデータを表示部４で画像で出力される。航跡が非定針の場合の例を航跡図第１ａで示
す。処理の対象にする航跡の始点をＩ終点をＦと
する。長方形abcdは処理の対象になる領域であ
り、第１図ｂに拡大した図を示す。第１図ｂでIa
＝Id＝bF＝Fc＝サイドスキヤンソーナーの側舷
のレンジ巾、Ｔ１とＴ２は画像での時刻１と時刻
２の曳航体の位置、ｔ１とｔ２は各々Ｔ１とＴ２
のIFでの投影である。Ｓ１とＳ２はそれぞれＴ
１とＴ２でのスキヤンライン。θ₁とθ₂はそれぞれ
Ｓ１とＳ２がt₁とt₂を通過してIFと垂直な直線と
の間の角度である。定針の場合、航跡がIFと重
ね合うため、曳航体の位置は直線IF上にあり、
スキヤンラインも同方向である。これに対して、
非定針の場合は曳航体の位置Ｔ１とＴをまず補正
して、次に方位について、Ｓ１とＳ２の傾き（進
行方向に垂直する方向）を求めて補正する。図１
ｂで定針の場合のθ_i（ｉ＝１或は２）がゼロであ
るのでθ_iは非定針のときのスキヤンラインと定針
のときのスキヤンラインの間の角度でもある。第２図の制御部３の詳細は第３図で示す。信号
データ１１は探査で得たアナログ信号をＡ／Ｄコ
ンバータ１４で変換処理を行い、インプツトボー
ド１５のインターフエースを経てRAM１６で記
憶される。航跡データ１２は時刻・船位などのデ
ータであり、インプツトボード１５を経てRAM
１６で記憶させる。判定基準パラメータ１３は２
つのパラメータを設定する。一つ基準パラメータ
は曳航***置の補正前と仮に補正した後の差、こ
れをΔrとする。第１図ｂでのT₁t₁は或はT₂t₂は
目標物が曳航***置補正後と補正前の偏差であ
り、言いかえれば、スキヤンラインの原点の補正
に関する量である。もう一つの基準パラメータは
スキヤンラインの方位に関する量であるΔθであ
り、ここでΔθ＝ΔS／Ｒ、弧ΔSは曳航体から距
離Ｒ（レンジの巾）で許す誤差である。この２つ
の基準はパラメータは利用者が経験的に与える。
これらの量は利用者が自分の要求する精度に応じ
て決める。ΔrとΔθはインプツトボードを経て、
RAM１６で記憶する。２１はマイクロコンピユ
ータで基本的にCPU１７，RAM１６，ROM１
８より構成されている。ROM１８にはCPU１７
を制御するプログラムが書き込まれており、
CPU１７はこのプログラムに従つて、インプツ
トボード１５より必要とされるデータを取込んだ
り或はRAM１６との間でデータの授受を行つた
りしないから演算処理し、必要に応じたデータを
アウトプツトボード１９は出力し、画像表示器２
０で表示する。第４図にはROM１８でのプログラムのフロー
チヤートを示す、信号データ｛（xi，yi，zi）｝
（｛｝は集合を示す）とする。xi，yiは航跡補正
前の実空間の座標、ziは明度（音波の強さ）であ
る。ここで座標はＩを原点〔従つて、（xo，yo）
＝（０，０）〕にし、IFをｘ軸、adをｙ軸にする。
同じ座標系で航跡データは１（Xi，Yi）｝Ｎとす
る。第４図でσrの算出32でＩからＦまでの航跡で
の曳航体の位置の定針の場合に対する標準偏差
The present invention relates to a side scan sonar having means for correcting disturbances in records related to the position and oscillation of a towed body equipped with a transducer. Side-scan sonar typically processes sound waves received on both sides of the towed vehicle and records images of the waves reflected from the ocean floor. Normally, each side has a sonic signal A/D.
Then, calculate the distance from the towed object to the target by multiplying the time from the wave transmission to each time in the wave reception record by the sound speed (this is called the oblique distance). Then, each wave transmission time is set as one axis, A two-dimensional image is constructed using the strength of each transmitted wave's reflected waves returning from the ocean floor as another axis. However, if an image is created using the above-mentioned oblique distance to determine the distance from the towed object to the target object, there will be a distance deviation (hereinafter also referred to as accuracy) from the actual seafloor topography, so geometrically Slant distance correction (slope distance correction is where the distance from the towed object to the seabed is used to replace the horizontal distance from the towed object to the target). When detecting with side scan sonar, the general rule is to maintain a constant course and speed, but if the direction or speed needs to be changed for unavoidable reasons (see Figure 1), the above corrections should be made. In addition, corrections must be made that take into account the wake (hereinafter referred to as track correction). Track correction requires track data for the period of exploration. In addition, when processing, if there are N side data, 2N calculations are required to correct the position of the towed body [(X, Y) coordinates], and on the other hand, in the scan line direction (towing direction) 2N calculations are also required to correct the search line perpendicular to .
Therefore, it takes a certain amount of calculation time to construct an image that approximates the topography of the actual ocean floor, and the storage capacity of the device must also be large to some extent. In order to solve the above-mentioned drawbacks, the present invention provides a side scan sonar that displays an image close to the actual seafloor topography by reducing the scale of data processing by performing track correction only when necessary. It is something. The present invention mounts a positioning and azimuth sensor on the towing body of a conventional sidescan sonar, estimates the search surface of the acoustic beam of the sidescan sonar based on the results, and if it is not perpendicular to the towing direction, the The amount of deviation is detected and the display signal is corrected. These corrected signals are displayed on the image display, but in order to speed up the correction process, the control unit corrects the towed body position and scan line direction for the data used to determine the necessity of track correction. . As described above, this device is composed of a towing body equipped with an azimuth sensor, a positioning sensor, and a transducer, a display device, and a control section. Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows its configuration block diagram. The side scan sonar is equipped with a transducer 2 on a towed body 1, and sends recorded sound wave signals to a control unit 3, while a means for measuring the position and direction of the towed body, that is, a positioning sensor 5 and a positioning sensor 5. There is a sensor 6. It is used when inputting data on the position and orientation of the towed object to the control unit and making corrections. The data processed by the control unit is output as an image on the display unit 4. An example of a case where the track is not on a fixed course is shown in track map No. 1a. Let F be the starting point and the ending point of the track to be processed. Rectangle ABCD is the area to be processed, and an enlarged view is shown in FIG. 1B. Ia in Figure 1b
= Id = bF = Fc = side range of side scan sonar, T1 and T2 are the positions of the towed body at time 1 and time 2 in the image, t1 and t2 are T1 and T2, respectively
This is the projection at IF. S1 and S2 are each T
Scan lines at 1 and T2. θ ₁ and θ ₂ are the angles between S1 and S2 passing through t ₁ and t ₂ and the straight line perpendicular to IF, respectively. In the case of a fixed course, the wake overlaps with the IF, so the position of the towed object is on the straight IF,
The scan line is also in the same direction. On the contrary,
In the case of non-regular heading, the positions T1 and T of the towed body are first corrected, and then the azimuth is corrected by determining the inclinations of S1 and S2 (direction perpendicular to the direction of travel). Figure 1
Since θ _i (i=1 or 2) in the case of fixed needle is zero in b, θ _i is also the angle between the scan line when the needle is not fixed and the scan line when the needle is fixed. Details of the control unit 3 in FIG. 2 are shown in FIG. 3. The signal data 11 is an analog signal obtained through exploration, converted by an A/D converter 14, and stored in a RAM 16 via an interface of an input board 15. The track data 12 is data such as time and ship position, and is stored in the RAM via the input board 15.
16 to be memorized. Judgment criterion parameter 13 is 2
Set two parameters. One reference parameter is the difference between the towed body position before and after the correction, and this is Δr. T ₁ t ₁ or T ₂ t ₂ in FIG. 1b is the deviation of the target object after and before the towing object position correction, in other words, it is a quantity related to the correction of the origin of the scan line. Another reference parameter is Δθ, which is a quantity related to the azimuth of the scan line, where Δθ=ΔS/R, and the arc ΔS is the error allowed in the distance R (range width) from the towed object. The parameters for these two criteria are given empirically by the user.
These amounts are determined by the user depending on the accuracy required by the user. Δr and Δθ pass through the input board,
Store in RAM16. 21 is a microcomputer, basically CPU17, RAM16, ROM1
It is composed of 8. ROM18 has CPU17
A program has been written to control the
According to this program, the CPU 17 takes in the required data from the input board 15, does not exchange data with the RAM 16, performs arithmetic processing, and outputs the data as necessary. The board 19 outputs the image display 2
Display as 0. FIG. 4 shows a flowchart of the program in ROM 18. Signal data {(xi, yi, zi)}
({ } indicates a set). xi and yi are coordinates in real space before track correction, and zi is brightness (intensity of sound wave). Here, the coordinates are I as the origin [therefore, (xo, yo)
= (0,0)], and set IF to the x-axis and ad to the y-axis.
In the same coordinate system, the track data is 1(Xi, Yi)}N. Calculation of σr in Figure 4 32 Standard deviation of the position of the towing body in the track from I to F with respect to the case of fixed heading

【式】ここでYiは時刻ｉでのＹ座標、Ｎは航跡データの箇数、このよ
うにIFを通じて統計的に見た量Drを33でΔrと比
較する。σr＞Δrならば、曳航体タイミングの補
正を必要とされ補正前のyi的に航跡データYi値
を用いて補正する。次にσθの算出35で
[Formula] Here, Yi is the Y coordinate at time i, N is the number of pieces of track data, and thus the quantity Dr seen statistically through IF is compared with Δr at 33. If σr>Δr, it is necessary to correct the towed object timing, and the tracking data Yi value is used to correct the timing before correction. Next, in calculation 35 of σθ

【式】θiはスキンラインとIFに垂直の軸との間の角度である。θiはθi
＝tan^-1（−Xi＋１−Xi−１）／Yi＋１−Yi−１時刻ｉ
＋１時刻ｉ −１の航跡位置から求める。36でIFを通りて統
計的に見た量σθをΔθと比較する。σθ＞Δθならば
37でxi＝xicosθi＋yisinθi、yi＝xisinθ＋yicosθi
で各スキヤンの｛（Xi，yi，zi）｝を｛（xi′，
yi′zi）｝に補正する。（但し、各スキヤンでxi′値
は固定）このように信号データ｛（xi，yi，zi）｝を航跡
補正をして｛（xi′，yi′，zi）｝に変換し、これら
のデータセツトを画像表示器で各画素にふり当て
る。画像表示器がLXM箇画素から成つていると
し、画素ｊのデータを｛xj，ηi，ζi）ｘ，ｙ方向
の画像の座標をxi，ηj、明度をζjとするとζjの値
を求めるには｛（xi′，yi′，zi）｝の実空間座標か
ら画像表示器での座標に変換し、｛（ｉ，ｉ，
zi）｝とする）、次に（xj，ηj，ζj）の値を｛（
ｉ，ｉ，zi）｝の補間、補外法から求める。航跡補正を画像表示するまで、たとえ側舷にｎ
箇データがあるとすると曳航***置の補正で２×
２×２回計算が必要である。さらに方位補正のθ
値求めるのにＮ回、方位補正で２×２×ｎ回計算
が必要である。画像表示で画素の値を求めるのに
はＬ×Ｍ×２×ｎ回の計算が必要（補間、補外）
である。以上の説明のようにこのような大規模に
のぼる計算を事前にその必要性の評価をしとくこ
とによつて必要でない計算をはぶくことが出来
る。[Formula] θi is the angle between the skin line and the axis perpendicular to IF. θi is θi
= tan ^-1 (-Xi+1-Xi-1)/Yi+1-Yi-1 time i
+1 Determine from the track position at time i -1. 36, the statistically observed quantity σθ passing through the IF is compared with Δθ. If σθ>Δθ
37, xi=xicosθi+yisinθi, yi=xisinθ+yicosθi
Let {(Xi, yi, zi)} of each scan be {(xi′,
yi′zi)}. (However, the xi′ value is fixed in each scan.) In this way, the signal data {(xi, yi, zi)} is track corrected and converted to {(xi′, yi′, zi)}, and these data Assign the set to each pixel on the image display. Assuming that the image display device consists of LXM pixels, and the data of pixel j is {xj, ηi, ζi) x, the coordinates of the image in the y direction are xi, ηj, and the brightness is ζj, to find the value of ζj Convert the real space coordinates of {(xi′, yi′, zi)} to the coordinates on the image display, and convert the coordinates of {(i, i,
zi)}), then set the value of (xj, ηj, ζj) to {(
i, i, zi)} by interpolation and extrapolation. Until the track correction is displayed as an image, even if the
If there is data, the correction of the towed body position is 2×
2×2 calculations are required. Furthermore, θ of direction correction
It takes N times to calculate the value and 2×2×n times to correct the direction. To obtain the pixel value in image display, L x M x 2 x n calculations are required (interpolation, extrapolation)
It is. As explained above, by evaluating the necessity of such large-scale calculations in advance, unnecessary calculations can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図ａは航跡の一例であり長方形abcdは航
跡補正の必要な領域である。第１図ｂは長方形
abcdの拡大図、第２図は構成を示すブロツク図、
第３図は第２図の制御部の構成図、第４図は第３
のROM１６に書き込まれるプログラムのフロー
チヤートである。１…曳航体、２…送受波器、３…制御部、４…
表示部、５…測位センサ、６…方位センサ。 FIG. 1a shows an example of a wake, and a rectangle ABCD is an area that requires trajectory correction. Figure 1b is a rectangle
An enlarged view of abcd, Figure 2 is a block diagram showing the configuration,
Fig. 3 is a configuration diagram of the control section in Fig. 2, and Fig. 4 is a block diagram of the control section in Fig. 3.
This is a flowchart of a program written to the ROM 16 of. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Towing body, 2... Transducer/receiver, 3... Control unit, 4...
Display unit, 5...positioning sensor, 6...direction sensor.

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

１船舶又は航空機に曳航される曳航体もしくは
独立に行動する航走体の進行方向とほぼ平行に装
備され、曳航体の進行方向とほぼ直角方向に扇形
ビーム状に音波を送受波するよう配置された送受
波器と、前記受波器からの音波の発射を制御する
制御部と、前記制御部の制御により前記送受波器
からの受信信号を記録する画像表示器より成るサ
イドスキヤンソーナーにおいて、単数又は複数の
スキヤン毎に送受波器又は曳航体の位置及び方位
を計測する手段と、前記計測手段により得られた
曳航体の位置あるいは方位に基づいて表示部で表
示されるスキヤンラインの方位あるいは位置を曳
航体の航跡と合わせるように補正する手段と、曳
航体の位置あるいは方位を用いてスキヤンライン
の位置あるいは方位について偏差を求める手段
と、前記偏差があらかじめ設定された値より小さ
いとき前記補正手段による補正及び表示のための
補間計算を禁止する手段とを具備することを特徴
とするサイドスキヤンソーナー。1. A device that is installed approximately parallel to the direction of travel of a towed vehicle towed by a ship or aircraft or a navigation vehicle that operates independently, and arranged to transmit and receive sound waves in a fan-shaped beam in a direction approximately perpendicular to the direction of travel of the towed vehicle. A side scan sonar comprising a transducer, a control unit that controls the emission of sound waves from the receiver, and an image display that records the received signal from the transducer under the control of the control unit, or means for measuring the position and orientation of the transducer or towed body for each of a plurality of scans, and the orientation or position of the scan line displayed on a display unit based on the position or orientation of the towed body obtained by the measuring means. a means for correcting the position or direction of the scan line using the position or direction of the towed object; and a correction means when the deviation is smaller than a preset value. and means for prohibiting interpolation calculations for correction and display.