JPS6326524A - 水底への音響パルス照射によりトリガされるエコ−の走行時間の測定法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲独立請求項の上位概念に記載の
音響パルスの水底へのを射によりトリガされるエコーの
走行時間の測定法および装置を対象とする。

この種の方法には、鉛直方向を指向する受信指向ローブ
または受信ビームによるエコー−または鉛直線方式の測
深法および、いわゆる扇形ビーム測深による水底の表面
プロフィールの音響測定法がある。この扇形ビーム測深
は、船舶の進行方向を横切るように扇形ビームをファン
状に、鉛直線から受信角度だけ偏位した受信指向ローブ
または受信ローブを構放する方法であるにれらの方法は
鉛直深度が大きい場合にできるだけわずかな測定誤差の
絶対値を得るために、著しくわずかな許容誤差全盲する
エコー走行時間を測定できるようにしなければならない
。

この目的のために水底から反射されるエコーの正確な検
出が、受信機によジ指向性をもって受信される受信信号
においに、著しく寄与する。

この種の公知の方法の場合、エコー検出は、側縁−また
は限界値弁別の従来の方法により行なわれる。これらの
方法は送信パルスが正確に鉛直に水底に当る場合しか、
正確ではない。こ値 の場合はエコーは音響パルスそのものの擬匝像となり側
縁−または限界値弁別により受信信号中のエコーの著し
く正確な時間検出が行なえる。

反対に音響パルスが鉛直から偏位した入射角で水底へ当
る場合は、受信されたエコーはもはや送信された音響ノ
ソルスの像ではなく、受信指向ローブの最初から最後に
いたるまでが、水底に関しての擬似像を構放しない関数
（ａｂｒｏｌｌｆ−ｕｎｋｔｉｏｎ　）となってしまう
。そのためエコー長さが送信パルスに相応する離散エコ
ーはもはや得られず、受信指向ローブに関する／分布関
数が得られる。しかしこの種の分布関数の場合は、側縁
−限界値弁別は誤差を伴なう。この種の非擬似像関数は
第１に、鉛直受信指向ローブの場合に、水底が傾斜角を
もって走行する時に即ち水平面に対して上昇勾配または
下降勾配を有する時に常に現われる。第２に基本的に、
鉛直線に対して受信角度だけ偏位した受信指向ローブの
場合に、受信方向が、ちょうど傾斜した水底の法線とな
る少数の場合は除いに、現われる。

さらに受信アンテナの副ローブ減衰の技術的な限界にも
とづくもう１つの現象が加わる。水底または海底へ鉛直
に当るパルスは送信−または受信方向へ反射して戻り、
底へ斜めに当る送信パルスは漂遊するまたは散乱するた
め、鉛直エコーの振幅は斜めエコーの振幅よりも著しく
大きい。その結果、受信信号において鉛直エコーの一部
も常に含まれて”いる。この鉛直エコーは一減衰されて
も−その大きい振幅のために副ローブを介して受信され
るからである。この鉛直−または副ローブエコーは多く
の場合に限界値弁別器を応動させてしまいそのためエコ
ー検出の品質を著しく損なう。このことは鉛直に対して
傾いている受信指向ローブから得られる受信信号に対し
ても、鉛直の受信方向ローブから得られる受信信号に対
して本当てはまる。ただし後者の場合は勾配が受信指向
ローブの開口角度の半分の正接よりも大きい場合にだけ
あてはまる。鉛直測深の通常の約４°の開口の幅の場合
、このことは水底の上昇勾配ないし下降勾配が３，５嗟
よりも大きいことになるであろう。

本発明の課題は、精度および信頼性に関しに、冒頭に述
べたエコー走行時間の測定法を著しく改善することであ
る。

この課題は請求の範囲第１項の上位概念に示されたエコ
ー走行時間の測定法においに、請求の範囲第１項の特徴
部分に示された構成により解決されている。

本発明の方法は、受信信号中に含まれている水底エコー
のエコー走行時間の測定における著しく高い精度により
特徴づけられる。しかもこの場合、受信方向および海底
の傾斜に無関係に得られる。この精度は側縁−または限
界値弁別による公知の方法では、完全な鉛直測深および
理想的な状況の場合すなわち水平な海底面の場合にしか
得られないものである。重心積分の形底によりエコーを
著しく正確に分離してエコー走行時間を正確に定めるこ
とができる。

受信方向および／または水底の可能な傾斜角度の考慮の
下にエコー予測窓を水深へ最適に適合させることにより
著しく良好なＳ／Ｎ比が得られる。そのため散乱により
振幅が部分的に著しく低減された、さらに受信指向ロー
ブにより検出された底面に対する関数である分布関数と
して表わされるエコーが、十分明瞭に雑音が除去されて
形氏される。エコー予想窓を開いて予′測する目的で、
公知の鉛直深度から導出されるエコー予測時間が設けら
れる。

通常のように最初の鉛直深度は用いられないため、請求
の範囲第２項と例えば第４項′・ζ゛ととの実 関連の下に示された不発明の方法の好適な美施例によれ
ば、音響ｔＲＲ２Ｏ送信後のエコー予測時間を導出する
ために、無指向性の信号受信も行なうようにし、さらに
受信信号中の最初のエコーいわゆる第１エコーのエコー
走行時間が測定される。この第１エコーは水底へ鉛直に
当った送信パルスから常に生ずるものであり、そのため
送信パルスそのものの像であり、著しく大きい振幅を有
する。そのためこの場合は側縁−または限界値弁別の従
来の方法により第１エコーの走行時間が測定される。こ
の場合、鉛直の受信ローブだけによる垂直測深の場合は
受信指向ローブの開口角度を拡大すれば十分である。

または底面の傾斜がわずかな場合は指向性を有する受信
信号そのものを、第１エコー走行時間の測定のために側
縁−または限界値弁別に引き受けさせるだけで十分であ
る。

請求の範囲第３項に示された本発明の実施例によればエ
コー予測時間を先行の送信−およ・び受信期間において
求める。これにより受信方向ローブを介して指向性をも
って実施される信号受信をエコー予測窓の時間間隔に制
限することができる。エコー検出の目的で受信信号をオ
フ・ライン処理するために受信信号を記憶しなければな
らないため、記憶容量は著しく小さく保持される。

請求の範囲第５項または第６項による本発明の方法の実
施例によれば側縁−または限界値弁別により得られる第
１エコー走行時間も、この第１エコーのエコー限界を測
定するために用いられる。この第１エコーは、傾斜した
水底へ垂送信／Ｊ？ルス持続時間との和となる。受信方
向ローブを介して指向性をもって受信された受信信号が
この時間限界において相応に減衰されると、前述の実施
の後に副ローブを介して指向性をもっての受信の場合に
受信される鉛直エコーが受信信号から除去されるため、
この鉛直エコーは重心算出の品質を低下させない。

鉛直の受信指向ローブだけを有する純粋な垂直測深の場
合、本発明の方法の有利な実施例によれば、エコー予測
窓の窓限界はエコー予測時間の前号および後方に置かれ
る。この場合エコー予測時間の前方と後方の窓限界の間
隔は、例えば等しい大きさに選定される。

この場合、エコー予測窓の窓限界は請求範囲第９項の方
法の実施例によればまず最初に、予測される最大エコー
長さの約３倍にまたは推定される鉛直深度の１０〜２０
％にされる。次に後続の測深の場合にエコー予測窓の長
さは、先行の測深の場合に実際に検出されたエコー長さ
に減少される。

請求範囲第１０項に示された本発明の方法の別の実施例
によれば、推定に比較して著しく改善された精度を有す
るエコー予測窓の長さは、アンテナの物理的開口角度お
よび水底の想定される最大の傾斜角度とを考慮して算出
される。

調査の結果わかったことは海底（ごくわずかな例外とし
て）においては勾配が２５冬よりも大きい傾斜角度は一
般的に存在しないため、エコー予測窓の長さはまず一般
的に／算出されるべき方法で定められ、後続の測深の際
に低減される。

鉛直線に対して偏位した受信角度の１つないし複数個の
受信ローブによる受信の場合は、エコー予測窓の窓限界
が請求の範囲第１２項に示された本発明による方法の実
施例により算出される。この窓限界はエコー予測時間の
前方または後方の著しく小さい受信角度を有する受信指
向ローブにおいてのみ存在する。その他の全部の場合に
おいて両方の窓限界は、時間的に見に、エコー予測時間
の後にある。

偏移し７た受信指向ローブの受信の場合の本発明の方法
の好適な実施例は、請求の範囲第１３項に示されている
。この構成によりエコー検出の精度が一層改善される。

エコー予測窓の、時間的により大きい後方の窓限界の固
定の場合に、付加的に受信指向ローブの物理的な開口特
性が考慮される。受信されたエコーは、受信指向ローブ
により水底において当てられた底面に関する送信パルス
の非擬似像関数を形成するため、後方の窓限界はその値
が次のように選定される。

即ちエコー予測窓内の送信パルスが、アンテナの開口特
性により前もって与えられる底面全体も放射できるよう
にし、エコー予測窓の早すぎる閉放によりエコーの一部
が失なわれないように、選定されるー 不発明の方法を実施する好適な装置が特許請求の範囲第
１６項から第２１項に示されている。

この場合、特に第１６項および第１７項に示されている
装置が深さ測定用の鉛直測深に対応し、第１８項および
第１９項に示された装置が海底の表面測定用の扇形ビー
ム測深に対応する。

次に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。

海底の表面プロフィルの音響測定法の場合、それ自体公
知の、送信−および受信装置を有するいわゆる扇形ビー
ム−音響測深装置が用いられる。この音響測深装置は船
舶の底にこの場合は表面船舶１０の底に設置される。音
響測深装置の送信−および受信装置の構成および配置は
米国特許公報第３１４４６３１号に示されており、ここ
では省略する。

送信装置により実質的に鉛直に船舶１０の下方で船舶の
航行方向を横切るように設けられている海底１２の送信
器目標帯状体１１が音響パルスにより検査される。送信
アンテナの相応の溝底により例えば直線的排列としてお
よび／または電子的指向性形成により、送信装置から放
射される１３で示した送信ビームが次のように集束され
る。即ち船舶１０の航行方向の開口角度２−−３が約１
°でありかつ航行方向を横切る方向の開口角度が約６０
°〜９０°であるように、集束される。

送信器目標帯状体１１におい下反射により海底１２に発
生したエコーは受信装置により方向選択の下に学信され
る。第５図に示されている様に受信装置はこの目的のた
めに等間隔≦配置された多数の電気音響変換器１５を有
する。個々の変換器１５の受信信号の相応の電子的処理
により次のことが連立される、即ち受信装置は、航行方
向に延在しかつこの航行方向を横切る方向につなぎ合一
わされる狭幅の受信ビーム１７の扇形を形成する。この
受信ビームは海底１２において受信帯状体１８を区画す
る。このことは第１図に示されている。受信ビームの開
口角度２−−５　は航行方向に約１５°でありこの航行
方向を横１７１約１・である。受信装置は送信４′装置
に対しに、送信目標帯状体１１が受信帯状体１８の扇形
ビーム１６によりカバーされるように、配置される。こ
の場合、扇形ビーム１６には約６４の受信ビーム１７が
設けられている。

海底１２の表面プロフィールを知るために公知のように
音響パルスが放射されさらに海底１２における送信目標
帯状体１１が音響的に照射される。受信ビーム１７を介
して方向選択の下に受信信号が検出される。この受信信
号中に、音響−パルスにより海底１２でトリガされたエ
コーが含まれている。このエコーは個々の受信信号にお
いて検出され、海底１２から受信装置までのエコー走行
時間が測定され、これから水中での瞬間の音響速度の考
慮の下に海底１２の底点が測定され、この測定がエコー
の各々の発生個所の配属において送信目標帯状体１１の
領域における海底１２の測定プロフィルを与える。

この場合、前記のエコー走行時間は送信ノぐルスの放射
からエコーの到来までの時間間隔の半分である。船舶１
０の前送り−または進行′方向において含まれる複数個
の個々の測定プ、ロフィルが、空間的につ々ぎ合わされ
に、いわゆる測定トラックに沿う測定領域における海底
１２の表面プロフィルを形成する。

扇形−音響測深装置の受信装置が第５図のブロック図に
示され七いる。電気音響変換器１５は時間に依存する増
幅度調整器１９を介しに、一方では指向性形成器２０と
接続され他方では側縁弁別器１２と接続されている。増
幅度調整器１９においてエコーの振幅の、距離に依存す
る減衰が補償される。そのため到来するエコーが、水中
における伝播路の距離に依存しない振幅を＝有するよう
になる。指向性形成器２０は変換器１５の増幅された出
力信号から複数個のこの場合は６４の受信方向ローブま
たは前述の受信ビーム１７を形成する。側縁弁別器２１
ノは、例えば簡単な閾値スイッチとして構成される。

この弁別器は変換器１５の出力信号においに、全部のエ
コーから時間的だ最初に到来する第１エコーを検出して
そのエコー走行時間を送出する。このエコー走行時間Ｔ
は一方ではエコー弁別器２２へ導びかれ他方では計算器
２３へ導ひかれる。エコー弁別器２２は指向性形成器２
０と接続され、個々の受信ビーム１７の受信信号中に含
まれているエコーを後述のように検出してこのエコーの
エコー走行時間を測定する。この目的のためにエコーは
計算器２３から、適応形エコー予測窓の時間限界を供給
される。エコー走行時間は工；−弁別器２２から計算器
２３へ導びかれる。計算器はこれから深度値を求めてこ
のエコーの発生場所に配属して送信目標帯状体１１の領
域における測定プロフィルを送出する。

受信ビーム１７の個々の受信信号におけるエコーの検出
のために、エコー予測時間を中心として時間予測窓が開
かれる。この場合エコー予測時間として側縁弁別器２１
から供給される第１エコーのエコー走行時間Ｔが用いら
れる。この場合、エコー予測窓の窓時間限界は、受信指
向ローブまたは受信ビーム１７の受信角度ψおよび受信
ビーム１７の方向の海底１２の最大傾斜角度に依存して
値が選定される。

第２図に受信角度ψを有する複数個の受信ビーム１７が
図示されている。この場合、海底１２の傾斜角度は、右
上り勾配＋θないし右下り勾配−Ｕにより記入されてい
る。この幾何的状態にもとづいてエコー予測窓の前方の
時間限界ＴＶか により算出される。エコー予測窓の後方の窓限界ＴＨか により算出される。この場合、Ｔは、側縁弁別器２１か
ら供給される、第１エコーのエコー走行時間Ｔに選定さ
れている。Ｔにもとづいて正規化された窓限界ＴＶおよ
びＴＨは第３図においに、正（第２図右）の受信角度ψ
および負（第２固在）の受信角度ψに依存して示されて
いる。

丁Ｈ−ＴＶが、エコー予測時間Ｔ（第３図、ψ−軸）を
中心として設けられるエコー予測窓の窓の長さを形反す
る。第３図において窓限界Ｔ■およびＴＨのダイヤグラ
ムの場合、受信角度十ψないし−ψに依存しに、勾配θ
＝±２５４を有する海底１２の傾斜角度が想定されてい
る。

実際に示されたことは、海底のとれより大きい右上す勾
配または右下り勾配は、多少の例外を除いては、どこに
も現われない。

エコー予測窓の、時間にはより後方の長い窓限界ＴＨを
固定する場合に注意すべきことは、受信ビーム１７が著
しく狭幅ではなく、進行方向を横切る方向に約１°の開
口角度を有することである。この種の受信ビームは第４
図に示されており、この場合その受信角度はψでおよび
開口角度は２０で示されている。冒頭で述べたように受
信ビーム１７を介して受信されるエコーは照射された音
響ノソルスの擬似像を形成するのではなく、受信ビーム
１７を介して検出された海底１２の区間にわたる音響パ
ルスの非擬似像関数を形成する。そのため後方の窓限界
ＴＨＯ値選定の場合に最大にとり得るエコー長さが考慮
される。このエコー長さは海底１２における受信ビーム
１７の幾何学的諸量に依存する、そのため受信ビーム１
７の受信角度ψ、受信ビーム１７の開口角度２σおよび
海底１２の最大に想定された傾斜角度の右下ジ勾配−〇
に依存する。これらの依存性を考慮して後の窓限界ＴＨ
が時間増分ｄＴ’だけ時間的に増加するようにずらされ
る。この場合この時間増分ΔＴ′は互 によｐ算出される。そのため補正された後の時間限界Ｔ
＊　が、時間増分−Ｔ゛の後の窓限界ＴＨへの加算から Ｔ＊Ｈ−ＴＨ＋ΔＴ’　　　　　　　　　　　（４）に
より得られる。

補正された後方の窓限界ＦＨはエコー予測時間Ｔにより
正規ｆヒされに、第３図において同様に受信ビーム１７
の受信角度ψに依存して示さ形成される。これらの窓限
界は計算器２３により、与えられた式によりロ４個の受
信ビーム１７の各々の受信角度ψに対して算出されてエ
コー弁別器２２へ導びかれる。

エコー弁別器２２において各々の受信ビーム１７に対し
に、エコー待機窓により限定される受信信号から重心積
分が形成される。この重心積分は一般的に次の式で示さ
れる： Ｖ この場合、ｄＡ　Ｆｉ受信信号の扇形ビームエレメント
であり、■は時間変数である。このようにして求められ
た重心の時間成分子Ｓが、検出されたエコーに対するエ
コー走行時間を与える。

検出の確笑性を向上させるために、第１の重心を求めた
後に積分限界が、エコー予測窓の時間限界ＴＶおよびＴ
＊Ｈから減算される。しかも最初に求められた重心Ｔｓ
に対称に行なわれる。

この処理は複数回、積分限界の次の減算により実施され
る。そのためエコー検出およびエコー走行時間測定は著
しく小さい許容誤差しか有しない。

エコー弁別器２２の溝底が詳細に第６図に示されている
。方向形成器２０から供給される、受信ビーム１７に相
応する各方向チャネルに対しに、同じ回路における同じ
部品が設けられる。

そのため第６図においてこのことは唯一つの受信ビーム
または方向チャネルに対してだけ示されている。

指向性形成器２０の方向チャネルの出力側にゲート２４
が接続されておシ、その制御入力側にゲート開放パルス
が加えられる。このゲート開放パルスはエコー予測窓を
固定し、この窓内で、方向チャネルを介して導ひかれた
受信信号がエコー検出のために検出されて記憶される。

このエコー予測窓はエコー予測時間Ｔを中心として設け
られているため、前方のパルス限界はＴ＋ＴＶとな９お
よび後方のパルス限界はＴ＋Ｔ＊Ｈの値となる。この時
間においてゲート回路２４が導通接続されて受信信号が
、ゲート回路２４に後置接続された最大値検出器２５へ
加えられる。評価されるべき受信信号の制限がオンライ
ンで受信周期中に実施されるため、エコー予測窓の窓限
界がゲート開放の時点にすでに固定されなければならな
い。この理由によりエコー予測時間Ｔに対しに、側縁弁
別器２１から直接先行する送信−および受信周期におい
て送出される、第１エコーのエコー走行時間Ｔが用いら
れる。

第７図に工；−子測窓により限定される、最大値検出器
２５に表われる受信信号の一例が示されている。生ずる
ことのある障害または受信信号中に常に存在する雑音は
、見やすくするために考慮されていない。既に指向性形
成が指向性形成器２０においてディジタル処理により形
成されるため、第７図においてアナログで示されている
受信信号が離散値の形式で存在する。

最大値検出器２５にキャッシュメモリ（Ｃａ５ｈ−５ｐ
ｅｉｃｈｅｒ　＞　２６が後置接続されており、このメ
モリにさらに計算ユニット２７が接続されている。キャ
ッシュメモリ２６の書き込み周波数に等しい、最大値検
出器２５に対するサンプリングクロックパルスは、クロ
ックパルス発生器２８から供給される。この場合このサ
ンプリングクロックツぐルスはエコー予測窓の長さに適
合されており、キャッシュメモリ２６の容量の窓の長さ
に対する比に相応するように値が選定されている。

最大値検出器２５はサンプリングクロックツぐルスによ
り前もって与えられる個数の、受信信号の離散値から最
大値を見つけ出す。サンプリングクロックツぞルスによ
りこの最大値はキャッシュメモリ２６へ書き込まれる。

この書き込みと同時に最大値検出器２５がクリヤーされ
る。

そのため最大値検出器は続いて受信信号の次の個数の離
散値から最大値を除去する。キャッシュメモリ２６はゲ
ート回路２４のゲート開放時間中にこのサンプリング値
で充たされる。ゲート回路２４が再び遮断されるとキャ
ッシュメモリ２６は完全に例えば１０２４のサンプルで
充たされる。このサンプルパルスはエコー予測窓の窓の
長さに対して正確に配分されていたものである。

次に計算ユニット２７を用いてオフラインで、キャッシ
ュメモリ２６に含まれている記憶値が読み出されて重心
積分か により形成される。この場合、Ｕは受信信号の振幅Ｃ′
亀圧）でありｔｎはサンプリングクロックパルスにより
定められる時間増分である。この場合ＬＪｎはキャッシ
ュメモリ２６にファイルされるサンプリング値であり、
他方ｔｎはキャッシュメモリ２６のメモリアーレスに相
応する。

定数ｃｈ、１形ビームエレメントＬＪｎ（ｔ）・Δｔで
はなくたんに重心算出の際の電圧ＬＪｎ（ｔ）だけが用
いられることを、考慮する。ｔ＝１に選定されるとＣ＝
１である。重心の時間放分子ｓは計算器２３へ導ひかれ
、これから計算器が、これに導ひかれる補正−および目
盛量Ｋにより深度点を算出する６にの値が音響測度、伝
播異常およびエコー測定において求められる目盛補正係
数を考慮する。

冒頭で述べたように各々の受信指向ローブを介しに、ア
ンテナ特性の常に存在する２副ローブにより、いわゆる
鉛直エコーの一部が受信される。この鉛直エコーは海底
１２に鉛直に加わる音響／ぞルスにより生ずるエコーで
ある。この鉛直エコーがエコー予測窓以内にあると、こ
の鉛直エコーは重心積分の際に共に入夛込んでエコー検
出を損なう。第３図に示されているよう船 にこのａ直エコーは、勾配ｔＪ＝±２５傷を有する許容
傾斜角度の場合はエコー予測窓においに、０°と約２８
°との間の受信角度ψの下で受信される受信信号に含ま
れる。この領域においてエコー予測窓の前方の限界ＴＶ
　は第３図において負の負を有する。このことはエコー
予測窓が、エコー予測時間Ｔよりも小さい時点において
開かれることを意味する。しかしエコー予測時間Ｔは、
側縁弁別器２１から送出される鉛直エコーと同一である
いわゆる第１エコーのエコー走行時間に等しいため、前
述の受信角度領域においてエコー検出は著しく大きい誤
差を有する。

この誤差を除去するために、側縁弁別器２１から送出さ
れる、第１エコーのエコー走行時間が計算ユニット２７
へ導ひかれる。同時にＨｚユニット２７が送信Ａルスの
持続時間または時間長さしを検出するため、重心積分形
成の際にキャッシュメモリ２６に時間領域ＴからＴ＋Ｌ
までに含まれるサンプリング値の大きさが所定量だけ低
減される。このことはこの時間領域ＴからＴ＋ＬＫおけ
る受信信号の減衰に相応する。

このようにして副ローブを介して受信される垂直エコー
の影響が除去され、エコー検出の際の誤差許容範囲がこ
の受信角度領域においても、受信角度ψがより大きい場
合でも例えば第３図において２８°　よりも大きい場合
も、同じ量へ戻される。水中における測深法の場合に送
信−および受信装＃を有するそれ自体公知の音響測深機
が用いられる。この場合この送信−および受信装置は音
響ノぐルスを水底部１１０へ放射してこの水底部１１０
において音＃／ξルスの反射により生じたエコーを、物
理的開口角度２θを有する鉛直の受信方向ローブ１１１
を介して受信する。通常は送信および受信のために同じ
アに沿って放射され−る。音響測渫機のアンテナ１１゛
２は船舶の、この場合′は浮上船舶１，１３の−骨に設
けられる。それ自体は公知の送信装置の図示はここでは
省略される。受信装置は第１０図に示されている、 受信アンテナ１１２Ｆｉ複数個の電気音響変換器１１４
を有し、この変換器は時簡に依存゛する増幅度調整器（
ＴＶＣ）１１５を介しに、一方では方形形成器１１６と
接続され他方では側縁弁別器１１７と接続されている。

増幅器調・整器１１５においてエコーの振幅の距離に依
存する減衰が補償される。そのため到来するエコーが、
水中の伝播路の長さに依存しない振幅を有するようにな
る。変換器１１４の相応の幾何学的配置の場合、方向形
成器１１６を簡単な加算器として形成することは、受信
指向ローブ１１１の所望の開口角度を得るために、十分
である。開口特性を改善するために変換器１１４の出力
信号がさらに異なるように時［―的に遅延される。

例えば簡単な閾値スイッチとすることのできる側縁弁別
器１１７に、全部の変換器のまたは変換器グループの和
信号または唯、一つの変換器１１４の出力信号が導びか
れる。側縁弁別器はこれに導びかれる入力信号において
時間的に最初に到来する第１エコーを検出してそのエコ
ー走行時間Ｔを送出する。、このエコー走行時間Ｔは一
方ではエコー弁別器１１８へ導びかれ他方では計算器１
１９へ導びかれる。エコー弁別器１１８は指向性形氏４
１１６と接続されており−さらに詳述するように一鉛直
受信方向ローブ１１１のないし受信ビーム１１１の受信
信号中に含まれているエコーを検出してこのエコーのエ
コー走行時間を測定する。との目的のためにエコー弁別
器１１８は計算器１１９から適応形エコー予測窓の時間
限界を供給される。エコー弁別器１１８により求められ
るエコー走行時間Ｔｓ　は再び計算器１２３へ導びかれ
てし、計算器ばこれから深度値を求めてエコーの発生場
所との配列において深度プロフィールを送出する。

受信ビーム１１１の個々の受信信号におけるエコーの検
出のために、エコー予測時間Ｔを中心として時間的な予
測窓が形成される。この場合、エコー予測時間としに、
側縁弁別器１１７゛　から供給される第１エコーのエコ
ー走行時間が用いられる。その九めエコー予測窓の時間
の窓限界は海底の、可能な最大の傾斜位置σに依存して
値が選定される。

第９図に受信ビーム１１１が示されている。

この場合ミ海底１１２の傾斜位置は右上り勾配隔ΔＴが
鴬忘〜雫側時掴勾前驚１ひ後塾次の式により固定される
。この場合、Ｔはエコー予測時間でありこれは、側縁弁
別器１１７から供給される、第１エコーのエコー走行時
間に等しく選定されており、σは受信′ビーム１′１１
の開口角度の半分である。窓限界の算出の目的で海底１
１０の最大傾斜角度σは２５県とされる。実際に示され
ていることは、海底のこれより大きい右上り勾配または
これより大きい右下り勾配は一多少の例外は除いて一何
故にも生じない。

エコー弁別器１１８においてエコー予測窓によ′９限定
される受信信号により重心積分が形成される。一般的に
この重心積分は次の式でおこΔＴ この場合、ｄＡは受信信号の扇形ビームエレメントであ
りＴは時間変数である。゛このようにして見出された重
心の時間放分子Ｓが、検出されたエコーに対するエコー
走行時間を与える。検出の確実性を向上させるために、
第１の重心を見出した後に積分限界が、エコー予測窓の
時間限界Ｔ−ΔＴおよびＴ＋ΔＴから始まっに、低減さ
れる、しかも最初に見出された重心の時間匠分子ｓに対
称に減算される。この過程は複数回、積分限界の一層の
低減により実施される。

そのためエコー検出およびエコー走行時開側には岩しく
わずかな誤差許容値しか有しないようになる。

エコー弁別器１１８の溝底が第１１図に示されている。

方向形成器１１６の出力側にゲート回路１２０が接続さ
れており、その制御入力側にゲート開放パルスが加えら
れる。このゲート開放パルスは、受信ビーム１１１を介
して検出される受信信号がエコー検出のために捕捉され
て記憶される時間間隔であるエコー予測窓を同値を有す
る。この時間においてゲート回路１２０が導通接続され
て受信信号が、ゲート回路１２０に後置接続されている
最大値検出器１２１へ加えられる。評価されるべき受信
信号の制限がオンラインで受信期間中に行なわれるため
、エコー予測窓の窓の限界はゲート開放の時点に固定す
る必要がある。この理由によりエコー予測時間Ｔに対し
に、側縁弁別器１１７から直接先行する送信−および受
信期間において送出された、第１エコーのエコー走行時
間Ｔが用いられる。

第１２図にエコー予測窓により制限される、最大値検出
器１２１に現われる受信信号が示されでいる。受信信号
中に発生することのある障害または常に存在する雑音へ
の関連づけは、見やすくするために行なわれていない。

第１１図においてアナログで示されている受信信号は、
一般的にはディ・ジタルで離散値の形式で存在する。最
大値検出器１２１にキャッシュメモリ１２２が後置接続
されており、このキャッシュメモリに計算ユニット１２
３が接続されている。

最大値検出器１２１に対するサンプリングクロックパル
スはキャッシュレジスタ１２２の書き込み周波数に等し
く、このサンプリングクロックパルスはクロックパルス
発生器１２４から供給されている。この場合、サンプリ
ングクロックパルスはエコー予測窓の窓の長さに適合さ
れており、キャッシュメモリ１２２の容量の窓の長さに
対する比に相応するように値が選定される。

最大値検出器１２１Ｕ、サンプリングクロックパルスに
よｐ前もって与えられる個数の、受信信号の離散値から
最大値を送出する。サンプリングクロックパルスにより
この最大値はキャッシュメモリー２２へ書き込まれる２
　この書き込みと同時に最大値検出器１２１がクリヤさ
れる。そのため最大値検出器は続いて受信信号の、その
次の個数の離散値から最大値を除去する。

キャッシュメモリー２２はケート回路１２０のゲート開
放時間中にこのサンプリングパルスで充たされる。ゲー
トが再び遮断されると、キャ　゛ツシュメモリー２２は
完全に例えば１０２４のサンプルで充たされる。この１
０２４のサンプルは、エコー予測窓の窓の長さに正確に
配分されているものである。

次に計算ユニット１２３を用いてオンラインで、キャッ
シュメモリー２２に記憶されていた記憶値が読み出され
に、重心積分が により形ｂｚされる。この場合、Ｕは受信信号の振幅で
ありｔｎはサンプリングクロックパルスにより固定され
る時間増分である。この場合、Ｕｎ　ｈキャッシュメモ
リ１２２中にファイルされていたサンプリング値であり
、他方ｔｎはキャッシュメモリ２２のメモリアＰレスに
相応する。定数Ｃは次のことを考慮した−ものである、
即ちＭ形ビームエレメントＵｎ（ｔ）・Δ°東ではなく
電圧Ｕｎ（ｔｌが重心算出の場合に用いられるように、
考慮したものである。Ｊｔ＝１が選定されるとＣ＝１と
なる。重心の時間成分子ｓは計算器１１９へ導ひかれ、
計算器はこれから、この計算器へ導びかれた補正−およ
び目盛量にと共に深度値を算出する。この量には音響速
度、伝播基應および目盛測定中に見出された較正係数を
考慮する。

第（７）式によるエコー予測窓の窓限界を算出しないで
、エコー予測窓の長さを最初に推定することもできる。

例えばエコー予測窓の長さを、予想される最大のエコー
長さの３倍に等しくするか、または推定されろ水窓の例
えば１０〜２０％に仮定することもできる。この場合、
前方のおよび後方の窓限界はエコー予測時間Ｔに対して
等しい時間間隔において設けられる。この窓限界によυ
受信信号が捕捉されて記憶される。

重心積分の前述の形成の場合に付加的にエコー長さが測
定される。この場合は後続の測深期間においてエコー待
機窓のエコー限界が求められたエコー長さへ近似的に減
少される。

音響パルスによりトリガされるエコーのことで鉛 ある。この垂直エコーは最大の振幅を有する。

この製置エコーは前述の第１エコーと同一である、何故
ならば受信器と海底１１０との間の距離は最小だからで
ある。この第１エコーがエコ鉛 一予測窓の範囲内にある時は、この４厘エコーは重心積
分の形成の際に共に入シこみそのため鉛 エコー検出の品質を低下させる。この垂直エコーを除去
するために、側縁弁別器１１７かも送出される、第１エ
コーのエコー走行時間丁がエコー弁別器１８の計算ユニ
ット１２３へ導びかれる。同時にこの計算ユニットは、
送信ノぐルスの持続時間または時間長さしを加えられる
。そのため計算ユニット１２３はキャッシュメモリ１２
２においに、時間領域Ｔ−Ｔ＋Ｌに含まれているサンプ
リング値の量を所定の値だけ低減する。そのためこの時
間領域Ｔ−Ｔ＋Ｌにおける受信信号の減衰が等しくなる
。このようにし鉛 て副ローブを介して受信されたｍ［エコーの影響が重心
形成以前に除去される。

発明の効果 本発明により音響、ｅルスが鉛直とは異なる入射角で水
底へ入射された場合でも、さらにこの水底が海面に平行
でなく凹凸を有する場合でも測深および水底の形状が正
確に求められる、副ローブの影響の回避されたエコー走
行時間の測定方法および装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定船の扇形ビーム測深装置により得られる、
海底の構造調査の部分斜視図、第２図は想定される海底
の最大の傾斜角度を考慮した第１図の扇形ビーム測深装
置の受信方向の表示図、第３゛図は受信方向の角度ψに
依存するエコー予測窓の前方の窓限界および後の窓限界
のダイヤグラム図、第４図は扇形ビーム測深装置から受
信角度ψで送出される、開口角度２σの受信指向ローブ
の表示図、第５図は第１図の扇形ビーム測深装置のブロ
ック図、第６図は第５図のエコー弁別器のブロック図、
第７図はエコー予測窓により制限される受信信号のダイ
ヤグラム図１、第８図は鉛直測深装置から発生される海
底の構造調査の部分斜視図、第９図はとり得る、海底の
最大傾斜角度を考慮した第８図の測深装置の鉛直の受信
指向ローブ、第１０図は第８図の測深装置の受信装置の
ブロック図、第１１図は＄１０図のエコー弁別器のブロ
ック図、第１２図はエコー予測窓により制限される受信
信号のダイヤグラム図を示す。 １０・・・船舶、１２・・・海底、１３・・・送信ビー
ム、１４・・・受信アンテナ、１５・・・電気音響変換
器、弁別器、２２・・・エコー弁別器、２３・・・計算
器、２４・・・デー上回路、２５・・・最大値検出器、
２６・・・キャッシュメモリ、２７・・・計算器ニット
、１１０・・・水底、１１１・・・受信指向ビーＡ’、
１１２・・・アンテナ、１１４・・−電気音響変換器、
１１５・・・増幅度調整器、１１６・・・指向性形既器
、１１７・・・側縁弁別器、１１８・・・エコー検出器
、１２゜・・・ゲート回路、１２２・・・キャッシュメ
モリ、１２３−・・計算ユニット、１２４・・・クロッ
クツぐルス発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水底への音響パルス照射によりトリガされるエコー
   の走行時間の測定法であつて、この場合、少くとも１つ
   の受信指向ローブを介して捕捉される受信信号において
   エコーを検出するようにしたエコーの走行時間の測定法
   において、エコーを検出するために公知の鉛直深度によ
   るエコー伝播から導出されるエコー予測時間（Ｔ）を中
   心にしてエコー予測用の時間窓を開くようにし、該エコ
   ー予測窓の時間長さを、想定される最大の傾斜角度（θ
   ）にもとづいておよび／または受信指向ローブ（１１１
   、１７）の、鉛直線から偏位した受信角度（ψ）にもと
   づいて予想される最大のエコー長さよりも大きい値に選
   定するようにし、さらに前記エコー予測窓により制限さ
   れた受信信号から重心積分を形成し、該重心の時間成分
   （Ｔ＿Ｓ）によりエコー走行時間を確定するようにした
   ことを特徴とする水底への音響パルス照射によりトリガ
   されるエコーの走行時間の測定法。 ２、付加的に、実質的に無指向性の受信または指向性の
   受信を、著しく大きい開口角度を有する受信指向ローブ
   により行なうようにし、さらに信号経過における第１の
   エコーのエコー走行時間をエコー予測時間（Ｔ）として
   用いるようにした特許請求の範囲第１項に記載のエコー
   の走行時間の測定法。 ３、エコー予測時間（Ｔ）を直接先行する鉛直線周期に
   おいて測定するようにした特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載のエコーの走行時間の測定法。 ４、エコー予測時間（Ｔ）を求めるために、実質的に無
   指向性の受信の受信信号または信号経過を、それ自体は
   公知の側縁−または限界値弁別により処理するようにし
   た特許請求の範囲第２項または第３項に記載のエコーの
   走行時間の測定法。 ５、実質的に無指向性の受信の信号経過における時間的
   にいちばん早い第１エコーの時間限界（Ｔ、Ｔ＋Ｌ）を
   測定するようにし、さらにエコー予測窓における受信信
   号を重心積分形成の以前にこの時間限界（Ｔ、Ｔ＋Ｌ）
   において所定量において減衰させるようにした特許請求
   の範囲第２項から第４項までのいずれか１項に記載のエ
   コーの走行時間の測定法。 ６、エコー予測窓における受信信号を重心積分形成の以
   前に、エコー予測時間（Ｔ）およびエコー予測時間（Ｔ
   ）と音響パルス持続時間（Ｌ）との和から定められる時
   間限界（Ｔ、Ｔ＋Ｌ）の間で、所定量において減衰させ
   るようにした特許請求の範囲第２項から第４項までのい
   ずれか１項に記載のエコーの走行時間の測定法。 ７、重心を求めた後に重心積分形成を、以前に求められ
   た重心の時間成分（Ｔ＿Ｓ）に対して対称的に低減され
   る時間限界において少くとも１回くり返すようにした特
   許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記
   載のエコーの走行時間の測定法。 ８、鉛直の受信指向ローブ（１１１）の場合、エコー予
   測窓の窓限界（Ｔ−Δ、Ｔ、Ｔ＋ΔＴ）をエコー予測時
   間（Ｔ）の以前および以後に例えば等しい時間間隔（Δ
   Ｔ）で設けるようにした特許請求の範囲第１項から第７
   項までのいずれか１項に記載のエコーの走行時間の測定
   法。 ９、エコー予測窓の長さをまず最初に、例えば予想され
   る最大エコー長さの３倍に等しいように推定し、さらに
   後続の鉛直線周期において検出されるべき受信信号に対
   してエコー予測窓の長さを、前に実際に検出したエコー
   長さくらいに低減するようにした特許請求の範囲第８項
   に記載のエコーの走行時間の測定法。 １０、エコー予測窓の長さを定めるために、エコー予測
   時間（Ｔ）により窓の限界の時間間隔を、 ΔＴ＝Ｔ｛（１／ｃｏｓθ）｛１−１／［１−（１／■
   ）ｃｔｇ＾ν］｝−１｝ により決定するようにし、この場合、２νは受信指向ロ
   ーブ（１１１）の開口角度であり、θは海底（１１０）
   の想定される最大の傾斜角度の下降勾配または上昇勾配
   であり、Ｔはエコー予測時間であるようにした特許請求
   の範囲第８項に記載のエコーの走行時間の測定法。 １１、エコー走行時間から、水中での音響速度を考慮し
   て深度点を求めるように、水中での測深用に使用するよ
   うにした特許請求の範囲第１項から第１０項までのいず
   れか１項に記載のエコーの走行時間の測定法。 １２、鉛直線に対して受信角度を（ψ）だけ受信指向ロ
   ーブ（１７）を旋回した場合に、前方の窓限界（Ｔ＿Ｖ
   ）を式 Ｔ＿Ｖ＝Ｔ｛［１／（ｃｏｓψ）］｛１−１／［１＋（
   １／■）ｃｔｇψ］｝−１｝ により値を選定するようにし、後方の窓限界（Ｔ＿Ｈ）
   を式 Ｔ＿Ｈ＝Ｔ｛［１／（ｃｏｓψ）］｛１−１／［１−（
   １／■）ｃｔｇψ］｝−１｝ により値を選定するようにし、この場合、ψは鉛直線か
   ら偏位した受信指向ローブ（１７）の受信角度であり、
   θは想定される最大の勾配であり、Ｔはエコー予測時間
   であるようにした特許請求の範囲第１項から第７項まで
   のいずれか１項に記載のエコーの走行時間の測定法。 １３、時間的には遅れた後方の窓限界（Ｔ＿Ｈ）の値選
   定の場合に最大の可能なエコー長さを付加的に考慮する
   ようにし、この場合このエコー長さが、受信指向ローブ
   （１７）の受信角度（ψ）、受信指向ローブ（１７）の
   開口角度（２ν）および、受信指向ローブ（１７）の方
   向の水底（１２）の想定される最大の傾斜角度（±θ）
   から算出される値であるようにした特許請求の範囲第１
   ２項に記載のエコーの走行時間の測定法。 １４、最大のエコー長さを考慮するために後方の窓限界
   （Ｔ＿Ｈ）を式、 ΔＴ＾ν＝Ｔ｛１／［ｃｏｓ（ψ＋θ）］｛１−１／［
   １−（１／■）ｃｔｇ（ψ＋θ）］｝−（１／ｃｏｓψ
   ）｛１−１／［１−（１／■）ｃｔｇψ］｝｝ を用いて求めた時間増分（ΔＴ＾ν）だけ大きい時間値
   の方向へずらすようにし、この場合、ψは鉛直線から偏
   位した受信角度であり、２νは受信指向ローブ（１７）
   の開口角度であり、θは想定される最大の傾斜角度の上
   昇勾配ないし下降勾配であり、Ｔはエコー予測時間であ
   るようにした特許請求の範囲第１３項に記載のエコーの
   長さの測定法。 １５、鉛直線から異なる受信角度（ψ）で偏位した受信
   指向ローブ（１７）の扇形ビームを設け、該受信角度（
   ψ）の下に決定されるエコー走行時間から、水中での音
   響速度を考慮して、深度点を求めるようにした特許請求
   の範囲第１２項から第１４項までのいずれか１項に記載
   のエコーの走行時間の測定法。 １６、水底への音響パルス照射によりトリガされるエコ
   ーの走行時間の測定装置であつて、この場合、少くとも
   １つの受信指向ローブを介して捕捉される受信信号にお
   いてエコーを検出するようにしたエコーの走行時間の測
   定装置において、エコーを検出するために公知の鉛直深
   度によるエコー伝播から導出されるエコー予測時間（Ｔ
   ）を中心にしてエコー予測用の時間窓を開くようにし、
   該エコー予測窓の時間長さを、想定される最大の傾斜角
   度（θ）にもとづいておよび／または受信指向ローブ（
   １１１、１７）の、鉛直線から偏位した受信角度（ψ）
   にもとづいて予想される最大のエコー長さよりも大きい
   値に選定するようにし、さらに前記エコー予測窓により
   制限された受信信号から重心積分を形成し、該重心の時
   間成分（Ｔ＿Ｓ）によりエコー走行時間を確定するため
   に、複数個の電気音響変換器（１１４）から形成される
   送信−および受信アンテナ（１１２）、鉛直の受信指向
   ローブ（１１１）を形成するために該アンテナに接続さ
   れる指向性形成器 （１１６）、該垂直の受信指向ローブ（１１１）を介し
   て得られる受信信号におけるエコーを検出するために該
   指向性形成器（１１６）に接続されるエコー弁別器（１
   １８）および、入力側ではアンテナ（１１２）と接続さ
   れ出力側ではエコー弁別器（１１８）と接続されている
   側縁弁別器（１１７）を備えたことを特徴とするエコー
   の走行時間の測定装置。 １７、エコー弁別器（１１８）が、エコー予測窓に相応
   するゲート開放時間を有するゲート回路（１２０）、該
   ゲート回路（１２０）に後置接続された最大値検出器（
   １２１）、該最大値検出器（１２１）から送出される最
   大値を書き込むために該最大値検出器（１２１）に後置
   接続されるメモリ（１２２）、および該メモリ（１２２
   ）にファイルされる最大値から重心積分を算出するため
   にメモリの出力側に接続される計算ユニット（１２２）
   を有するようにした特許請求の範囲第１６項に記載のエ
   コー走行時間の測定装置。 １８、水底への音響パルス照射によりトリガされるエコ
   ーの走行時間の測定装置であつて、この場合、少くとも
   １つの受信指向ローブを介して捕捉される受信信号にお
   いてエコーを検出するようにしたエコーの走行時間の測
   定装置において、エコーを検出するために、公知の鉛直
   深度によるエコー伝播から導出されるエコー予測時間（
   Ｔ）を中心にしてエコー予測用の時間窓を開くようにし
   、該エコー予測窓の時間長さを、想定される最大の傾斜
   角度 （θ）にもとづいておよび／または受信指向ローブ（１
   １１、１７）の、鉛直線から偏位した受信角度（ψ）に
   もとづいて予想される最大のエコー長さよりも大きい値
   に選定するようにし、さらに前記エコー予測窓により制
   限された受信信号から重心積分を形成し、該重心の時間
   成分（Ｔ＿Ｓ）によりエコー走行時間を確定するために
   、等間隔に配置された複数個の電気音響変換器（１５）
   から構成される受信アンテナ（１４）、少くとも１つの
   受信指向ローブ（１７）を形成するために該受信アンテ
   ナに接続される指向性形成器（２０）、フアン状に扇形
   に形成される複数個の受信指ローブ（１７）、該すくな
   くとも１つの受信ローブ（１７）を介して得られる受信
   信号におけるエコーを検出するために該指向性形成器（
   ２０）に接続されるエコー弁別器（２２）、アンテナ（
   １４）の受信信号中に含まれる第１のエコーを検出する
   ためにエコー弁別器（２２）が出力側に接続される側縁
   弁別器（２１）を備えたことを特徴とするエコーの走行
   時間の測定装置。 １９、各々の受信指向ローブ（１７）への配属において
   エコー弁別器（２２）が、エコー予測窓に相応するゲー
   ト開放時間を有するゲート回路（２４）、該ゲート回路
   （２４）に後置接続される最大値検出器（２５）、最大
   値を書き込むために該最大値検出器（２５）に後置接続
   されるメモリ（２６）、および該メモリにファイルされ
   る最大値から重心積分を算出するためにメモリの出力側
   に接続される計算ユニット（２７）を有するようにした
   特許請求の範囲第１８項に記載のエコーの走行時間の測
   定装置。 ２０、受信指向ローブ（１１１、１７）に対するゲート
   開放時間を固定する計算器（１１９、２３）が、一方で
   は側縁弁別器（１１７、２１）と接続され他方ではゲー
   ト回路（１２０、２４）の制御入力側と接続されている
   ようにした特許請求の範囲第１６項から１９項までのい
   ずれか１項に記載のエコーの走行時間の測定装置。 ２１、メモリ（１２２、２６）の書き込み周波数がエコ
   ー予測窓の長さに適合されている特許請求の範囲第１７
   項から第２０項までのエコーの走行時間の測定装置。