JPH05223923A

JPH05223923A - 埋設物検出方法及びその装置

Info

Publication number: JPH05223923A
Application number: JP4030890A
Authority: JP
Inventors: 邦彦 ▲真▼野; Kunihiko Mano; Fumio Nakamura; 文夫中村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で軽量な検出装置により、非磁性体検出及
び海底内埋設物体の検出を可能とした方法及び装置を提
供する。【構成】パラメトリックアレーよりなる音響センサ２の
送波器３に異なる２つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
Ｓからの反射音を検出して埋設物を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海底下あるいは、地中
等に埋設されている物体を検出する方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、海底面上にある物体や海底下ある
いは、地中等の土質中に埋設されている物体を検出する
方法として、磁気センサや音響センサを用いたものが知
られている。図３０，図３１により、それぞれ磁気セン
サを用いた従来の技術および、音響センサを用いた従来
の技術を説明する。（１）磁気センサを用いた検出方法磁気センサには、ホール素子，磁気抵抗素子，磁気ダイ
オード等があり、いずれも磁界の変化を電圧、抵抗や電
流値の変化として検出するものである。図３０におい
て、船７１は磁気センサ７２を吊下して曳航する。磁気
センサ７２は、海底面上又は海底下に磁性体の物体
Ｓ₁，Ｓ₂があると、地球磁場の磁気の乱れを感知し、
物体の存在を検出する。（２）音響を用いた検出方法音響センサ７３は上記の磁気センサ７２と同様に、船７
１により吊下された状態で曳航される。音響センサ７３
は、音波を発生する送波器と音波を受波する受波器から
構成されている。音響センサによる物体の検出を以下に
説明する。音響センサの送波器から出た音は、物体ある
いは海底面に到達すると反射し、その反射音は再び送波
器に向かって進行し受波器により検出される。音響セン
サと検出物体との距離をｌ、水中における音速をｃ、音
響センサの送波器から発射音が発せられてから反射音が
受波器により検出されるまでの時間をｔとすると、音響
センサと検出物体との距離ｌは、次式により表される。

【０００３】ｌ＝ｃ・ｔ／２従って、音響センサの送波器から発射音が発せられてか
ら反射音が受波器により検出されるまでの時間ｔを測定
することにより、音響センサと検出物体との距離ｌを知
ることができる。図３１において、船７１より音響セン
サ７３を吊下して曳航していき、海底面に物体Ｓ３があ
ると、海底から反射されてくる反射音と、物体Ｓ３から
反射される反射音の時間差から物体の存在を検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の埋設物検出方法においては、以下のような問題点を
有している。磁気センサを用いた埋設物検出方法におい
ては、検出可能な物体は磁気センサが感知できるような
磁性体の物体に限られ、被磁性体のプラスチック製の物
体を検出することができないという問題点がある。

【０００５】また、音響センサを用いた埋設物検出方法
においては、下記のような音響周波数に関する問題点が
ある。媒質中を伝搬する音は、その周波数が高い程減衰
が大きくなり、また、伝搬媒質の境界において反射現象
が行われるので、例えば、音響周波数をｆ＝１００ｋＨ
ｚと仮定すると、海底内への音波の透過はほとんど不可
能となり、埋設物体を検出することはできない。

【０００６】従って、媒体中の音の伝搬の減衰を抑え、
異なる媒質への音の伝搬を可能にするには、音響周波数
として低周波数のものが有利である。しかし、音響周波
数はセンサ自体の大きさにより制限される。つまり、音
響周波数とセンサの大きさとの間には、音響周波数を下
げるとセンサの大きさは大きくなるという関係にあり、
センサの小型化という点から音響周波数を下げることが
困難であった。

【０００７】本発明は、前記従来の海底埋設物検出方法
の問題点を解決して、被磁性体の物体の検出ができない
という問題点や、海底下の埋設物体が検出できない問題
点を除去し、小型で軽量な検出装置による埋設物の検出
を可能とした埋設物検出方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明はパラメトリックアレーよりなる音響センサ
の送波器に異なる２つの周波数の信号を印加し、音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、前記音響ビームのビーム方向を
変化させて走査を行いながら、前記音響ビームの埋設物
からの反射音を検出して埋設物を検出するものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、前記のようにパラメトリック
アレーより印加した周波数の差の周波数を有する音響ビ
ームを形成したので、指向性が鋭くかつ減衰の少ない音
響ビームが形成でき、小型で軽量な検出装置により埋設
物の検出を行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。二つの異なった周波数ｆ₁とｆ
₂を同時に同方向に放射した場合、水中を伝搬している
間にそれらは非線形な相互作用により、和の周波数（ｆ
₁＋ｆ₂）と差の周波数（ｆ₁−ｆ₂）を形成する。和
の周波数（ｆ₁＋ｆ₂）はもとのｆ₁とｆ₂のいずれよ
りも大きい伝搬中の吸収損失を受ける。一方、差の周波
数（ｆ₁−ｆ₂）は次の極めて優れた特長がある。

【００１１】（１）差の周波数では主ビームの放射だけ
であり、サイドロープ（副極）による放射はない。（２）同一寸法の送波器で差の周波数を直接発生させる
よりも狭いビーム幅を有し鋭い指向性がある。（３）指向性は送波器の寸法に関係しないので、送波器
を小型、軽量にすることができる。

【００１２】（４）差音は広帯域な周波数特性を持つ。ｆ₁，ｆ₂またはその双方においてわずかな比例的変化
により、（ｆ₁−ｆ₂）で大きな比例的変化を起こすこ
とができる。例えば、ｆ₂を１００ｋＨｚに固定し、ｆ
₁を９９ｋＨｚから９０ｋＨｚに変化させると、差音は
１〜１０ｋＨｚの周波数を得ることができる。これは高
いＱの送波器により範囲を容易に調節でき、かつ高い効
率で９９ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲で共振させること
ができる。

【００１３】（５）ビーム幅は広い周波数帯域にわたり
ほぼ一定である。（６）送波器のキャビテーションは問題にならない。基
本となる周波数ｆ₁，ｆ₂を非常に高くとれるので、実
際の出力ではキャビテーションが生じないからである。図２により上記で説明した差の周波数を利用したパラメ
トリック送波器について説明する。

【００１４】基本周波数ｆ₁，ｆ₂は、電力増幅器を介
して送波器３に印加される。これらの周波数は共に送波
器３から放射されて水中を伝搬し、差の周波数（ｆ₁−
ｆ₂）を生成するように相互に作用しあう。図２におい
てペンシェルビーム７は、（ｆ₁−ｆ₂）の周波数であ
り、鋭い指向性を示している。最初の２周波を基準とし
て発生する全ての高調波成分は媒質中で急激に吸収さ
れ、遠距離では（ｆ₁−ｆ₂）のみ残る。

【００１５】図１に本発明の実施例を示す。音響センサ
２は送波器３と受波器４から構成された一体構造であ
り、船１より吊下して曳航する。音響センサ２の吊下の
深度は、水中での音波伝搬損失を少なくするため海底に
近づける。音響センサ２からは、前記のパラメトリック
送波器３より（ｆ₁−ｆ₂）に相当する差の周波数が水
中に放射される。放射された音波は一部は海底面により
反射されるが、他の音波は海底中を進行して海底中の物
体Ｓにより反射される。海底面及び物体Ｓにより反射さ
れた音波は、再び音響センサ２の受波器４により検出さ
れる。

【００１６】図３はパラメトリック送波器を有した音響
センサ２の構造の一例である。音響センサ２はパラメト
リック送波器３と受波器４とからなり、パラメトリック
送波器３は周波数ｆ₁用送波素子５と周波数ｆ₂用送波
素子６とを千鳥格子状に配列して構成される。周波数ｆ
₁用送波素子５には電力増幅器から周波数ｆ₁の高周波
が印加され、周波数ｆ₂用送波素子６には電力増幅器か
ら周波数ｆ₂の高周波が印加される。水中に放射された
音波は相互作用により｜ｆ₁−ｆ₂｜の差の周波数で数
度の指向性をもったペンシェルビーム７を形成する。ま
た、受波器４として｜ｆ₁−ｆ₂｜の差の周波数に対応
した低周波数無指向性のものを設ける。

【００１７】パラメトリック送波器３の送波素子５，６
は、縦方向にａ，ｂ，…ｍのｍ行、横方向に１，２，…
ＭのＭ列に配置される。それぞれの送波素子をａ−１，
ｂ−２，…ｍ−Ｍにより表示すると、周波数ｆ₁用送波
素子５はａ−１，ｃ−１，…ｂ−２，ｄ−２，…の位置
に配置され、周波数ｆ₂用送波素子６はｂ−１，ｄ−
１，…ａ−２，ｃ−２，…の位置に配置される。図にお
いては、周波数ｆ₁用送波素子５にはハッチングが施さ
れている。パラメトリック送波器３の構造は上記の構造
に限定されるものではない。

【００１８】送波素子５，６からは、ｆ₁，ｆ₂，ｆ₁
＋ｆ₂，｜ｆ₁−ｆ₂｜の４種類の音波が出力される。
ｆ₁，ｆ₂，ｆ₁＋ｆ₂は周波数が高いため伝搬損失が
大きく、直ちに減衰する。｜ｆ₁−ｆ₂｜は低い周波数
のため伝搬損失は少なく、なおかつ指向性の鋭いペンシ
ェルビームの波形が送出される。図４において、上記音
響センサ２を用いた走査について説明する。

【００１９】音響センサ２はＸ方向及びＹ方向に走査さ
れて２次元上を探索することになる。Ｘ方向とＹ方向の
走査は例えば、先ずＸ方向について走査し次にＹ方向に
走査して行う。Ｘ方向の走査は、音響センサ２のビーム
７をＸ方向に振らせることにより行われ、Ｘ方向の検出
地点Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_Nに向けてビーム７を動かすこと
により行われる。ビーム７が検出地点Ｘ_Nまで動かされ
ると、ビーム７は最初の走査方向に戻されるとともに、
音響センサ２はＹ方向に移動される。音響センサ２がＹ
方向に移動すると、次のＸ方向の走査が前回のＸ方向の
走査と同様にして行われる。

【００２０】次に上記Ｘ方向の走査について、電気的に
走査させるものと機械的に走査させるものを図５〜図１
０により説明する。図５は本発明の第１の実施例である
音響センサを電気的に走査する概念図であり、図６はそ
のブロック図、図７はそのタイムチャート、図８はタイ
ムチャートを表にしたものである。また、図９は本発明
の第２の実施例である音響センサを機械的に走査する概
念図であり、図１０はそのブロック図である。

【００２１】まず、本発明の第１の実施例について説明
する。図６のブロック図は、送波器５，６に駆動信号を
送信するための部分と、受波器４からの検出信号を受信
するための部分とからなっている。なお、図６におい
て、周波数制御回路２１は送信パルス発生回路１１の一
方の周波数を可変にするための制御回路であり、後述す
る実施例において説明する。従って、第１の実施例にお
いては省略する。

【００２２】まず、送波器５，６に駆動信号を送信する
ための部分について説明する。制御回路８より送信タイ
ミングパルスを出力すると、送信トリガ発生器９は送信
トリガパルスを出力する。送信トリガパルスはＭ個の遅
延回路１０に送られる。遅延回路１０では、それぞれ送
信トリガパルスに対して、τ₁，τ₂，τ₃，τ₄…τ
_Mの遅延時間を与えて遅延信号を送信パルス発生回路１
１に送る。一つの遅延回路は、二つの送信パルス発生回
路１１に接続され、それぞれに遅延信号を送信する。τ
₁の遅延時間をもった送信トリガは、一方の送信パルス
発生回路１１においてτ₁の遅延時間の後、送信パルス
発生回路１１で決定される送信パルス幅の周波数ｆ₁の
正弦波を発振する。また、他方の送信パルス発生回路１
１において、τ₁の遅延時間の後送信パルス発生回路１
１で決定される送信パルス幅の周波数ｆ₂の正弦波を発
振する。

【００２３】同様に、τ₂〜τ₅の遅延時間をもって、
ｆ₁，ｆ₂のパルス変調した正弦波を発振させる。パル
ス変調波は電力増幅器１２で送信波をつくり、送波素子
５，６に印加される。τ₁の遅延時間のパルス変調波
は、図３に示す送波素子５，６の内の第１列に印加され
る。遅延時間のパルス変調波の内、周波数ｆ₁のパルス
変調波は、第１列中のａ−１，ｃ−１で表示される送波
素子５に印加され、周波数ｆ₂のパルス変調波は第１列
中のｂ−１，ｄ−１で表示される送波素子６に印加され
る。同様に、τ₂の遅延をもった周波数ｆ₁のパルス変
調波は、第２列のｂ−２，ｄ−２で表示される送波素子
５に、周波数ｆ₂のパルス変調波は、第２列のａ−２，
ｃ−２で表示される送波素子６にそれぞれ印加される。
また、τ₃の遅延をもった周波数ｆ₁のパルス変調波
は、第３列のａ−３，ｃ−３で表示される送波素子５
に、周波数ｆ₂のパルス変調波は、第３列のｂ−３，ｄ
−３で表示される送波素子６にそれぞれ印加される。

【００２４】τ₁，τ₂，τ₃，τ₄…τ_Mの遅延時間
により、最初の第１列の送波素子５，６から最終端の第
Ｍ列の送波素子５，６へのパルス変調波の印加が終了す
ると、再び制御回路８より送信タイミングパルスが出力
され、前記と同様な動作が行われる。前記の第１列から
第Ｍ列の送波素子５，６へのパルス変調波の印加は、図
７及び８のＴ₁の期間の間で行われ、このときのビーム
の方向は図示のようになる。なお、τ₁〜τ_M＝０のと
き、真下に向けて送波されることになる。

【００２５】次のＴ₂の期間は、τ₁，τ₂，τ₃，τ
₄，…τ_Mの遅延時間を前回と異ならせることにより行
われる。この遅延時間τの変化により、走査ビームの方
向を変更させることができる。この遅延時間τの変化に
よる走査ビームの方向変更を図７のタイムチャートによ
り更に詳細に説明する。

【００２６】Ｔ₁の期間の時の遅延時間τ₁を形成する
遅延回路１０の遅延時間τ₁，τ₂，τ₃，τ₄，…τ
_Mを、それぞれτ₁₁，τ₂₁，τ₃₁，τ₄₁，…τ_M1と表示
すると、次のＴ₂の期間の遅延時間τ₁₂，τ₂₂，τ₃₂，
τ₄₂，…τ_M2は、前記τ₁₁，τ₂₁，τ₃₁，τ₄₁，…τ_M1
と異なる遅延時間となる。送波器５，６から発せられる
送波は、前記遅延時間による送信パルスにより駆動され
る。この送信パルスの遅延時間により、図のＴ₂の期間
ではＴ₁の期間の方向から一定角度ずれた方向のビーム
を形成する。図５において説明すると、Ｔ₁の期間にお
いてはＸ₁の地点に向けてビームが発射され、次のＴ₂
の期間においてはＸ₁の隣のＸ₂の地点に向けてビーム
が発射される。

【００２７】同様に遅延時間を異ならせてＴ_Nの期間ま
でビームの走査が繰り返される。期間Ｔ_Nにおいては、
ビームはＸ_Nの地点に向けて放射される。期間Ｔ_Nが終
了すると、前記で説明したように音響センサ２はＹ方向
に移動し、再び前記期間Ｔ₁に対応する遅延時間により
Ｘ₁の方向に向けてビームを放射する。期間Ｔ₁から期
間Ｔ_Nの走査を前記と同様に繰り返して、Ｙ₂の位置に
おけるＸ方向の走査が行われる。

【００２８】図７のタイムチャートは図８の表に書き直
すことができる。図８は電気的に走査する場合の、図７
のタイムチャートでＴ₁，Ｔ₂，…Ｔ_Nの期間における
ビームの方向と周波数差Δｆと送信パルスの送波器１，
２，３，…Ｍの遅延時間τを表示したものである。つま
り、期間Ｔ₁においては、ビームはＸ₁の方向を向き、
送波器により生じる周波数差はΔｆ₁であり、送信パル
スの送波器１，２，３，…Ｍにおけるの遅延時間はそれ
ぞれτ₁₁，τ₂₁，τ₃₁，…τ_M1である。次に、期間Ｔ₂
においては、ビームはＸ₂の方向を向き、送波器により
生じる周波数差はΔｆ₁であり、送信パルスの送波器
１，２，３，…Ｍにおけるの遅延時間はそれぞれτ₁₂，
τ₂₂，τ₃₂，…τ_M2である。期間Ｔ_Nの終了により、１
回のＸ方向の走査が完了する。この後、Ｙ方向に移動し
た後再び同様な走査動作が行われる。

【００２９】このように、送波素子の列ごとに遅延時間
を変化させて送波される方向を変化させてペンシェルビ
ームを横方向（Ｘ軸）に、例えば、１０°ごとに１２０
°走査することができる。Ｙ軸方向には、送波素子の行
ごとに遅延時間を変化させて走査するか、また広範囲に
は曳航により走査することができる。次に、受波器４か
らの検出信号を受信するための部分について説明する。

【００３０】鋭い指向性をもった低い周波数の音波は、
海底面からさらに海底中に伝搬する。海底上又は海底中
に物体があると、音波は該物体により反射され、反射波
は無指向性の受波器４で受波される。受波器４で受波さ
れた受波信号は、前置増幅器１３で増幅され、｜ｆ₁−
ｆ₂｜の信号だけを通すフィルタ１４を通し、ホールド
回路１５とＡ−Ｄ変換回路１６を通して、アナログデー
タをデジタルデータに変換する。次に、マルチプレクサ
１７によりビームごとにデータを時系列的にメモリ回路
１８にメモリし、データ処理回路１９にて使用目的に沿
ったデータ処理を行い出力する。

【００３１】このようにして、曳航方向にある幅をもっ
た海底及び海底中に埋設された物体の検出を行う。次
に、本発明の第２の実施例を、図９の概略図及び図１０
のブロック図により説明する。本発明の第２の実施例
は、音響センサを機械的に走査させるものである。

【００３２】音響センサ２は、図９のように角度θ₁，
θ₂，…θ_Nの位置に回動して機械的走査を行う。角度
θ₁においてビームは検出地点Ｘ₁を向き、角度θ_Nに
おいてビームは検出地点Ｘ_Nを向いている。図１０のブ
ロック図は、送波器５，６に駆動信号を送信するための
部分と、受波器４からの検出信号を受信するための部分
とからなる点において、電気的走査の図６のブロック図
と同様である。送波器５，６に駆動信号を送信するため
の部分は、制御回路８、送信トリガ発生器９、送信パル
ス発生回路１１、電力増幅器１２、及び送波器５，６か
らなる。

【００３３】まず、制御回路８が送信タイミングパルス
を出力すると、送信トリガ発生回路９は送信トリガパル
スを出力する。送信パルス発生回路１１は、電気的走査
の例と異なり周波数ｆ₁と周波数ｆ₂を発生する２つの
送信パルス発生回路から構成され、２つの電力増幅器１
２，１２´に接続される。送信パルス発生回路１１で
は、送信パルス幅を決定し、そのパルス幅中だけ周波数
ｆ₁の正弦波を発振する。また、同時に送信パルス発生
回路１１´では周波数ｆ₂の正弦波を発振する。

【００３４】電力増幅器１２は、送波器５の周波数ｆ₁
用送波素子ａ−１，ｃ−１，…，ｂ−２，ｄ−２，…に
周波数ｆ₁を送信し、電力増幅器１２´は送波器６の周
波数ｆ₂用送波素子ｂ−１，ｄ−１，…，ａ−２，ｃ−
２，…に周波数ｆ₂を送信して各送波素子を駆動する。
この送波素子の駆動では、ペンシェルビームの放射方向
は固定しており、ペンシェルビームの放射方向を変更す
るには、図９，図１０に示すように音響センサ２を機械
回転装置２０で送信タイミングに同期して回転させ、ビ
ームを走査させる必要がある。受波器４からの検出信号
を受信するための部分については、前記の電気的走査と
同様の構成であり、ビームの角度ごとにデータはメモリ
回路１８にメモリされる。

【００３５】上記の電気的走査及び機械的走査によるＸ
方向の走査とともに、Ｙ方向に音響センサ２を移動させ
ることにより、面上の走査を行うことができる。電気的
走査及び機械的走査によるの出力波形の一例を図１１，
１２に示す。図１１は、ビーム走査方向のＸ軸方向と曳
航方向のＹ軸方向とからなる面の像を示している。この
像には、海底面の形状とともに海底面上に存在する物体
と海底中に埋設している物体が表示されている。また、
図１２は、ビーム走査方向のＸ軸方向と海底の深さ方向
のＺ軸方向の像を示している。この像には、海底面の形
状とともに海底中に存在する物体の海底面からの埋設深
さが表される。

【００３６】上記で説明した例においては、送波器に入
力する２つの高周波信号ｆ₁とｆ₂の周波数は共に固定
したものであり、その周波数差も固定したものである。
次に、上記の２つの高周波信号ｆ₁とｆ₂の周波数の
内、一方の周波数は固定し、他方の周波数を可変として
その周波数差を変化させる例について説明する。この周
波数差を変化させる例を図１３及び図１４により説明す
る。

【００３７】図１３は音響センサ２と検出地点との関係
を示している。音響センサ２からは検出地点Ｘ₁，
Ｘ₂，…Ｘ_Mに向けて差の周波数の音波が放射されなが
ら順次走査される。各走査において、音響センサ２から
発せられる差の周波数は例えばΔｆ₁からΔｆ_Lまで変
化する。例えば、ｆ₁を１００ｋＨｚに固定し、ｆ₂を
９９〜９０ｋＨｚとし、Δｆを１〜１０ｋＨｚにする。
各検出地点においては、Δｆ₁からΔｆ_Mまで変化する
周波数の音波が到達して反射され、再び音響センサ２に
向けて伝搬する。

【００３８】従って、各検出地点では複数個の周波数に
より検出が行われる。この複数個の周波数による検出に
より、物体の検出精度が向上する。この検出精度の向上
は次の理由による。つまり、音波の反射率は物体の形状
や物理的特性により異なり、海底の中の物体の形状や表
面仕上げの粗さ加減によって物体からの反射しやすい周
波数が違なるため、このように差の周波数を１〜１０ｋ
Ｈｚ変化させて複数個の異なる周波数により検出を行っ
た方が、検出の確率が高くなるからである。

【００３９】図１３の複数個の異なる周波数による検出
の検出信号は、各周波数の反射波の積分処理等の信号処
理を行い、形状をより正確に検出して高品質の像を得る
ことができる。図１４により、各周波数の反射波の積分
処理等の信号処理の１例を説明する。図１４の横軸は検
出地点のＸ₁，Ｘ₂，…Ｘ_Nを表し、縦軸は信号強度を
表す。検出地点のＸ₁における差の周波数Δｆ₁からΔ
ｆ_Lによる検出信号をそれぞれΔＦ₁，ΔＦ₂，…ΔＦ
_Lとし、それらの信号値を加算するとΣΔＦが得られ
る。このΣΔＦの値により物体の検出を行う。

【００４０】上記の差の周波数を変化させる場合のブロ
ック図を図６により説明する。図６は本発明の第１の実
施例において説明したブロック図であり、第１の実施例
においては使用しなかった周波数制御回路２１を用いて
音響センサを電気的に走査する。周波数制御回路２１
は、制御回路８と周波数ｆ₂の送信パルス発生回路１１
との間に接続される。周波数制御回路２１と接続される
送信パルス発生回路１１は、上記の周波数ｆ₂を発生す
るものに限らず周波数ｆ₁であってもよい。この場合に
は、固定の周波数はｆ₂で可変の周波数はｆ₁となる。

【００４１】次に、図１５及び図１６により、差の周波
数を変化させる場合における本発明の第３の実施例につ
いて説明する。本発明の第３の実施例においては、送波
器により放射される差の周波数を各走査毎に変化させる
ものである。図１５の（ａ）で示される走査１におい
て、ビーム方向Ｘ₁からビーム方向Ｘ_Nへの走査の間は
周波数差ΔｆをΔｆ₁とし、図１５の（ｂ）で示される
走査２において、ビーム方向Ｘ₁からビーム方向Ｘ_Nへ
の走査の間は周波数差ΔｆをΔｆ₂、図１５の（ｃ）で
示される走査Ｌにおいて、ビーム方向Ｘ₁からビーム方
向Ｘ_Nへの走査の間は周波数差ΔｆをΔｆ_Lとするもの
である。つまり、走査１から走査Ｌまでは同一のＸ軸上
を走査している。これにより、同一のＸ軸上においてΔ
ｆ₁からΔｆ_Lの異なる周波数差Δｆによる検出を行う
ことができる。なお、このときのＸ軸方向の走査のため
の送信パルスの遅延時間は図８と同様である。

【００４２】これにより、ビーム方向Ｘに放射される音
波の周波数はΔｆ₁からΔｆ_Lまで変化させることがで
きる。走査Ｌの走査が完了すると、音響センサ２はＹ軸
方向に移動し、新しいＸ軸上で再び走査１から走査を開
始する。次に、図１７及び図１８により、差の周波数を
変化させる場合における本発明の第４の実施例について
説明する。

【００４３】本発明の第４の実施例においては、同一Ｘ
軸上でのＸ方向の走査は１回のみとし、該走査時の各ビ
ーム方向毎に音響センサ２の送波器により放射される差
の周波数を変化させるものである。図１７の（ａ）で示
されるステップ１は、送信パルスの遅延時間を同一とし
てビーム方向をＸ₁に固定し、そのビーム方向において
各期間毎に放射される差の周波数をΔｆ₁からΔｆ_Lに
変化させるものである。周波数差をΔｆ₁からΔｆ _Lに
変化させる場合には、このステップは期間１から期間Ｌ
により完結される。このステップ１によりビーム方向Ｘ
₁において、周波数差Δｆ₁からΔｆ_Lの周波数により
検出を行うことができる。このステップ１が完了する
と、図１７の（ｂ）で示されるステップ２に移行する。

【００４４】ステップ２では、送信パルスの遅延時間を
図１８のように変更してビーム方向をＸ₂に固定し、そ
のビーム方向において前記のステップ１と同様にし、各
期間毎に放射される差の周波数をΔｆ₁からΔｆ_Lに変
化させる。このステップ２によりビーム方向Ｘ₂におい
て、周波数差Δｆ₁からΔｆ_Lの周波数により検出を行
うことができる。同様の動作を繰り返してステップＮま
で行う。ステップＮでは、ビーム方向Ｘ_Nにおける、周
波数差Δｆ₁からΔｆ_Lの周波数による検出が行なわれ
る。ステップＮの終了により、同一Ｘ軸上の検出が完了
する。この後、音響センサ２をＹ軸方向に移動して、再
びステップ１からステップＮまでの動作を行って、次の
Ｘ軸上の検出を行う。

【００４５】次に、図１９及び図２０により、差の周波
数を変化させる場合における本発明の第５の実施例につ
いて説明する。本発明の第５の実施例においては、ビー
ムの方向と差の周波数を逐次変化させるものである。図
１９の（ａ）において音響センサ２からは検出地点Ｘ₁
の方向に周波数差をΔｆ₁の音波が放射され、次の図１
９の（ｂ）においては検出地点Ｘ₂の方向に周波数差を
Δｆ₂の音波が放射される。ここで、検出地点及びビー
ムの方向の数をＮ個とし周波数差の種類の数をＬ個と
し、それぞれを循環的に変化させると、ＮとＬの大きさ
の関係により図２０のように３つの場合に分けられる。

【００４６】Ｌ＞Ｎの場合では、検出地点及びビームの
方向の数よりも周波数差の種類の数の方が多いので、同
一Ｘ軸上の最終端の検出地点Ｘ_Nでは全ての周波数差の
種類が放射されず、同一Ｘ軸上の最初の検出地点Ｘ₁か
ら残りの周波数差の種類が放射される。この場合のＹ軸
方向への移動は、同一Ｘ軸上の走査が１回完了した後に
行うよう設定することもでき、また、同一Ｘ軸上の走査
が複数回完了した後にも行うよう設定することもでき
る。同一Ｘ軸上の走査が複数回完了した後にＹ軸方向へ
の移動を行うよう選定したほうが、検出の確率が高くな
るのは明らかである。

【００４７】Ｌ＝Ｎの場合では、検出地点及びビームの
方向の数と周波数差の種類の数が一致している。この場
合には、検出地点とその検出地点に向けて放射される差
の周波数の関係が固定される。これは、検出地点の反射
特性あるいは、検出物の反射特性が既知である場合に適
用することができる。Ｌ＜Ｎの場合では、周波数差の種
類の数よりも検出地点及びビームの方向の数の方が多い
ので、同一Ｘ軸上の最終端の検出地点Ｘ_Nとなる前の検
出地点Ｘ_Qに全ての周波数差の種類が放射され、同一Ｘ
軸上の途中の検出地点Ｘ_Q+1から残りの周波数差の種類
が放射される。この場合は、Ｌ＞Ｎの場合と同様に走査
毎に検出地点における放射周波数が変更することができ
る。

【００４８】次に、図９，図２１，図２２により、機械
的に走査を行う実施例を説明する。音響センサは、図示
されない駆動系によりθ_Lの角度を回動することにより
Ｘ軸方向の走査が行われる。角度θ₁の位置では、送波
器のビームの方向は検出地点Ｘ₁を向き、角度θ₂の位
置では、送波器のビームの方向は検出地点Ｘ₂を向いて
いる。図２２（ａ）は、送波素子がｍ行、Ｍ列に格子状
に配列された送波器の例であり、上記の回動を列方向を
軸として行う場合には、図２２（ｂ）に示すように列単
位に放射周波数を制御する。

【００４９】図２１により本発明の差の周波数を変化さ
せる場合における第６の実施例について説明する。第６
の実施例は、角度θ₁から角度θ_Nの一走査の間は、同
一の差の周波数を発射し、次の一走査の間は前記と異な
る差の周波数を発射するものである。この実施例では、
期間Ｔ₁において送波器の角度はθ₁に設定され、ビー
ムの方向はＸ₁の方向に向けられ、期間Ｔ₂において送
波器の角度はθ₂に設定されてビームの方向はＸ₂の方
向に向けられる。一走査は期間Ｔ_Nにおいて送波器の角
度をθ_Nに設定し、ビームの方向をＸ_Lの方向に向けて
完了する。この走査期間の間同一の差の周波数Δｆ₁が
発射される。次の走査期間では、異なる差の周波数Δｆ
₂が発射される。差の周波数Δｆを変えながら同様の走
査を繰り返して検出が行われる。

【００５０】図２３〜２７により本発明の差の周波数を
変化させる場合に使用する音響センサの他の実施例を説
明する。図２３〜２７は音響センサの形状が円形の実施
例である。次に、図２３〜２５に形状が円形の音響セン
サの実施例を説明する。図２３の本発明の第７の実施例
の音響センサ４０は、同心円上に分割された領域に固定
周波数送波素子及び可変周波数送波素子が配置されたも
のである。音響センサ４０の検出領域４１は円形であ
り、該検出領域４１の走査は、扇状に送波素子を駆動し
て扇状の検出領域４３を回転させるか、あるいは環状に
送波素子を駆動して環状の検出領域４５の環の径を変化
させて行われる。

【００５１】また、図２４の本発明の第８の実施例は、
棒状の音響センサ４２を回転させるものであり、棒状の
検出領域４７が回転しながら走査を行う。図２５の本発
明の第９の実施例は、円錐状の音響センサ４４であり内
側面に送波素子が配列される。図２６，２７で説明する
本発明の第１０の実施例は、海底５１に形成された孔５
３の側面方向の検出を行うためのものである。音響セン
サ５０はケーブル５５に牽引されて孔５３内に挿入され
上下される。図２７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される
音響センサ５２，５４，５６は音響センサ５０の１実施
例である。音響センサ５２は円筒状の側面部に送波器
５，６が配列されるものであり、音響センサ５４は円筒
状の側面部に音響センサ３₁，３₂，…３_Nが配列され
るものである。また、音響センサ５６は、同じく円筒状
の側面部に１つの音響センサ３を該側面部に沿って移動
可能としたものである。

【００５２】次に、本発明の受波器の実施例について図
２８，２９を用いて説明する。図２８は差の周波数を用
いたパラメトリックアレーの受波器の概念図であり、低
周波の反射波ｆ_sを受波器４により検出する。受波器４
は、該受波器と対向して送波器３´が設置され受波器に
向けて高周波ｆ_pが放射されている。受波器４におい
て、反射波ｆ_sと、高周波ｆ_pが入力されると、ｆ
_sと、ｆ_p＋ｆ_sと、ｆ_p−ｆ_sが検出され、信号増幅
の容易な高周波信号ｆ_p＋ｆ_sとｆ_p−ｆ_sを信号処理
することにより、反射波ｆ_sを検出することができる。

【００５３】図２９は受波器の実施例を示したものであ
り、受波器４を送波器３で挟む位置に配置し、検出物体
からの周波数Δｆの反射波を検出する。なお、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に
基づいて種々変形することが可能であり、それらを本発
明の範囲から排除するものではない。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば次の効果を奏することができる。（１）高い周波数用の小さい送波素子２種類を使用して
伝搬損失の少ない低い周波数で、かつ、指向性のシャー
プなペンシェルビームを発生することができ、これによ
り、海底の中の小さい埋設物体まで高分解能に検出でき
る。

【００５５】（２）遅延回路による電気的な走査又は音
響センサの機械的な走査によって、指向性がシャープな
ペンシェルビームを移動させて広範囲な海底や海底の中
の埋設物体を検出できる。（３）差の周波数を変化させることによって複雑な形状
や種々の表面の粗さの物体も高品質に検出できる。

【００５６】（４）また、この方法は地上へも応用する
ことができ、地中埋設物の検出にも使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概念図である。

【図２】本発明のパラメトリック送波器の概念図であ
る。

【図３】本発明のパラメトリック送波器を有した音響セ
ンサ２の構造である。

【図４】本発明の音響センサ２の走査方向を示した斜視
図である。

【図５】本発明の音響センサを電気的に走査する第１の
実施例の概念図である。

【図６】本発明の第１の実施例の走査のブロック図であ
る。

【図７】本発明の第１の実施例の走査のタイムチャート
である。

【図８】本発明の第１の実施例の走査のタイムチャート
である。

【図９】本発明の音響センサを機械的に走査する第２の
実施例の概念図である。

【図１０】本発明の第２の実施例の走査のブロック図で
ある。

【図１１】本発明の出力波形の例である。

【図１２】本発明の出力波形の例である。

【図１３】本発明の音響センサ２と検出地点との位置関
係を示す図である。

【図１４】本発明の反射波の積分処理の信号関係を示す
図である。

【図１５】本発明の第３の実施例の走査の概念図であ
る。

【図１６】本発明の第３の実施例の走査のタイムチャー
トである。

【図１７】本発明の第４の実施例の走査の概念図であ
る。

【図１８】本発明の第４の実施例の走査のタイムチャー
トである。

【図１９】本発明の第５の実施例の走査の概念図であ
る。

【図２０】本発明の第５の実施例の走査のタイムチャー
トである。

【図２１】本発明の第６の実施例の走査のタイムチャー
トである。

【図２２】本発明の送波素子がＭ行、ｍ列に格子状に配
列された送波器の正面図である。

【図２３】本発明の第７の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。

【図２４】本発明の第８の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。

【図２５】本発明の第９の実施例の円形形状の音響セン
サの概念図である。

【図２６】本発明の海底の孔の側面の検出を行なう第１
０の実施例である。

【図２７】本発明の第１０の実施例の音響センサの概念
図である。

【図２８】本発明の受波器の概念図である。

【図２９】本発明の受波器の概念図である。

【図３０】従来の磁気センサを用いた検出方法の概念図
である。

【図３１】従来の音響センサを用いた検出方法の概念図
である。

【符号の説明】

１船２音響センサ３送波器４受波器５周波数ｆ₁用送波素子６周波数ｆ₂用送波素子７ペンシェルビーム８制御回路９送信トリガ発生器１０遅延回路１１，１１´ 送信パルス発生回路１２，１２´ 電力増幅器１３前置増幅器１４フィルタ１５ホールド回路１６Ａ−Ｄ変換回路１７マルチプレクサ１８メモリ回路１９データ処理回路２０機械回転装置２１周波数制御回路３₁，３₂，…３_N，４０，４２，４４，５０，５２，
５４，５６音響センサ４１，４３，４５，４７検出領域５１海底５３孔５５ケーブル７１船７２磁気センサ７３音響センサＳ₁，Ｓ₂ 磁性体の物体Ｓ３物体Ｓ物体 Δｆ周波数差 τ 遅延時間Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_N Ｘ方向の探索点ｌ音響センサと検出物体との距離ｃ水中における音速ｔ音響センサの送波器から発射音が発せられてから
反射音が受波器により検出されるまでの時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響を用いた埋設物検出方法において、
（ａ）パラメトリックアレーよりなる音響センサの送波
器に異なる２つの周波数の信号を印加し、（ｂ）音波の
伝播する媒質中において前記周波数の差の周波数を有す
る音響ビームを形成し、（ｃ）前記音響ビームのビーム
方向を変化させて走査し、（ｄ）前記音響ビームの埋設
物からの反射音を検出して埋設物を検出することを特徴
とする埋設物検出方法。
【請求項２】前記異なる周波数のうち一方は固定され
た周波数であり、他方は可変の周波数であることを特徴
とする請求項１記載の埋設物検出方法。
【請求項３】前記音響ビームの走査はパラメトリック
アレーへの周波数信号の位相を異ならせることにより行
うことを特徴とする請求項１記載の埋設物検出方法。
【請求項４】前記音響ビームの走査は送波器の方向を
機械的に変化させることにより行うことを特徴とする請
求項１記載の埋設物検出方法。
【請求項５】音響を用いた埋設物検出装置において、
（ａ）パラメトリックアレーよりなる送波器を有した音
響センサと、（ｂ）前記パラメトリックアレーに２つの
異なる周波数の信号を印加する手段と、（ｃ）前記パラ
メトリックアレーにより形成される音響ビームの走査を
行う手段と、（ｄ）前記音響ビームの埋設物からの反射
音を検出する受波器とからなることを特徴とする埋設物
検出装置。
【請求項６】前記音響ビームの走査を行う手段は前記
パラメトリックアレーへの周波数信号の位相を異ならせ
る遅延回路を有することを特徴とする請求項５記載の埋
設物検出装置。
【請求項７】前記周波数印加手段は印加周波数を可変
とする手段を有し、該周波数可変手段によりパラメトリ
ックアレーにより形成される音響ビームの周波数を可変
とすることを特徴とする請求項５記載の埋設物検出装
置。