(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波の速度による制約をなくして短い周期で送信信号を送受信する際、ゴーストの影響をなくす。【解決手段】移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、真のエコーと、送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信する受信部と、受信信号を疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号及び真のエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と、送信信号の送信間隔を変更し、真のエコーが送信ゴーストとタイミングが重なり合わないようにする送信周期変更回路とを備え、送信信号の周期は、水中の音波の速度Ｖｕ、測定対象までの距離をＤの場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とする。【選択図】図２７
2018159696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
前記送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、
真のエコーと、前記送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号を前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、前記送信信号及び前記真のエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と、
前記送信信号の送信間隔を変更し、前記真のエコーが前記送信ゴーストとタイミングが重なり合わないようにする送信周期変更回路と
を備え、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深装置。
【請求項２】
前記変調回路は、前記疑似雑音系列によって搬送波を位相変調することによって前記送信信号を形成する請求項１に記載の音響測深装置。
【請求項３】
前記エコーを搬送波周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしてなるデータと前記疑似雑音系列によって相関を検出するようにした請求項１又は２に記載の音響測深装置。
【請求項４】
移動体に設置された音響測深装置によって水中の測定対象を探知する音響測深方法において、
疑似雑音系列発生回路によって疑似雑音系列信号を生成し、送信タイミングの前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成し、
前記送信信号を超音波として水中に送出し、
真のエコーと、前記送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信し、
相関器によって前記受信信号を前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、前記送信信号及び前記真のエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定し、
送信周期変更回路によって前記送信信号の送信間隔を変更し、前記真のエコーが前記送信ゴーストとタイミングが重なり合わないようにし、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深方法。
【請求項５】
前記疑似雑音系列によって搬送波を位相変調することによって前記送信信号を形成する請求項４に記載の音響測深方法。
【請求項６】
前記エコーを搬送波周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしてなるデータと前記疑似雑音系列によって相関を検出するようにした請求項４又は５に記載の音響測深装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の速度による制約をなくして短い周期で送信信号を送信可能とした音響測深装置及び音響測深方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋での音響測深技術は古くから行われており、図１に示すように超音波振動子から超音波パルスを発射し、その音波が対象（海底）から反射してくるエコーをとらえて、水中の音波の伝搬速度（約１５００ｍ／ｓ）を用いてその深度を計測するものである。この原理を用いた音響測深装置は５０年以上も前から製品化されており、今日でもこの原理を用いて海底の深度測量が行われている。このエコーロケーションと呼ばれる技術はこれまで変わることなく、言い換えれば発展することなく使用され続けてきた。
【０００３】
原理は、超音波パルス（例えば１ｍｓパルス幅）を発射し、５００ｍの海底だと往復距離１０００ｍを音波の水中速度Ｖｕを１５００ｍ／ｓとすれば、１０００／Ｖｕ＝１０００／１５００＝０．６６７秒かかって返ってくるので、そのエコーを受信した後、再び超音波パルスを発射し、同時に船が進んだ分異なった場所の海底深度を計測するわけである。このように船の航行に伴って順次海底の深度を計測し、それを記録紙や画像として液晶画面に表示するのが音響測深装置と呼ばれるものである（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
これまでの音響測深装置は、超音波の水中での音速を考慮し、受信エコーより前に次の送信をしないように発信間隔をコントロールして、測深を行ってきた。図２に示すように、１つのビームだけを備えた測深装置をシングルビーム測深装置といい、近年登場した扇型に複数のビームが拡がるものをマルチビーム測深装置という（例えば特許文献２参照）。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を比較的高密度で計測できる。
【０００５】
深度をＤ、送信パルスの送信間隔をＴとし、（２Ｄ／１５００）＜Ｔの場合では、図３Ａに示すように、送信パルスと受信エコーの時間差が（２Ｄ／１５００）に対応したものとなり、この時間差から深度を測定できる。しかしながら、（２Ｄ／１５００）≧Ｔの場合では、図３Ｂに示すように、次の送信パルスの送出後に受信エコーが到来するので、受信エコーがどちらの送信パルスに対応したものかが分からなくなり、時間差ＦＤに基づいて誤った深度を計測することになる。したがって、従来では（２Ｄ／１５００）＜Ｔの条件が必要であった。
【０００６】
送信周期を短くできないことは、測深の水平方向分解能を小さくできないことになる。図４を参照して船の進行方向（水平方向）の計測の分解能について説明する。船速Ｖ（ｍ／ｓ）で深度Ｄ（ｍ）の測深を行う場合の水平方向の分解能ΔＨ（ｍ）は次式で表される。
ΔＨ＝ＶＴ＞２ＤＶ／１５００
【０００７】
例えば船が１０kt（時速１０×１．８５２km）で航行し、送信の周期が１秒の場合、約５ｍ毎にしか測深データは得られない。深度１，０００ｍの海底を計測するには、送信周期Ｔを
（１，０００×２）／１，５００＝１．３３秒以上にしないと計測できないが、船が１０ktで航行すれば１．３３秒後には６．７ｍ進んでいるので、計測の分解能ΔＨは６．６７ｍということになる。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を計測できるが、船の進行方向の計測の分解能はシングルビームと同様である。
【０００８】
従来の音響測深装置では、計測の分解能を高くするためには船の速度を低下させる以外に方法がなかった。したがって、従来の音響測深装置は、測深の分解能を高くする場合に測深に要する時間が長くなる問題があった。
【０００９】
本発明の発明者は、かかる問題を解決することができる音響測深装置を提案している。すなわち、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成し、超音波のエコーを受信し、エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて深度生データを取得する。送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、深度をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−０８３２４７号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
受信部が真のエコーのみを受信できればよいが、実際には、送信信号のゴーストや、受信信号のゴーストが混在しており、正確な測定が妨げられる問題があった。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、ゴーストの影響を除去して正確な測定を可能とする音響測深装置及び音響測深方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の発明は、船舶などの移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、
真のエコーと、送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信する受信部と、
受信信号を疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号及び真のエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と、
送信信号の送信間隔を変更し、真のエコーが送信ゴーストとタイミングが重なり合わないようにする送信周期変更回路と
を備え、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた音響測深装置である。
本発明の第２の発明は、船舶などの移動体に設置された音響測深装置によって水中の測定対象を探知する音響測深方法において、
疑似雑音系列発生回路によって疑似雑音系列信号を生成し、送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成し、
送信信号を超音波として水中に送出し、
真のエコーと、送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信し、
相関器によって受信信号を疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号及び真のエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定し、
送信周期変更回路によって送信信号の送信間隔を変更し、真のエコーが送信ゴーストとタイミングが重なり合わないようにし、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた音響測深方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受信信号に含まれる真のエコー以外の送信ゴースト及び／又は受信ゴーストを除去することができ、正確な測定が可能となる。また、画面表示をみやすいものとできる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は音響測深の原理を示す略線図である。
【図２】図２はシングルビーム測深とマルチビーム測深を説明するための略線図である。
【図３】図３は従来の音響測深装置の説明に用いる波形図である。
【図４】図４は従来の音響測深装置の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。
【図５】図５は本発明の参考例の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は音響測深装置における相関器の説明に用いるブロック図である。
【図７】図７は相関器の出力の説明に用いる波形図である。
【図８】図８は受信信号を表示する場合を説明する略線図である。
【図９】図９は送信信号の変調方法の一例を示す波形図である。
【図１０】図１０は音響測深装置の説明に用いる波形図である。
【図１１】図１１はゴースト除去前の海底エコーのタイミングチャートである。
【図１２】図１２はゴースト除去後の海底エコーのタイミングチャートである。
【図１３】図１３はゴースト除去回路の一例のブロック図である。
【図１４】図１４はゴースト除去回路通過後の受信信号のタイミングチャートである。
【図１５】図１５はゴースト除去回路の他の例のブロック図である。
【図１６】図１６は送信信号のゴーストレプリカの生成方法の説明に用いるタイミングチャートである。
【図１７】図１７はゴースト除去回路通過後の受信信号のタイミングチャートである。
【図１８】図１８は音響測深装置の表示画像を示す略線図である。
【図１９】図１９はゴースト除去前の音響測深装置の表示画像とゴースト除去後の音響測深装置の表示画像を示す略線図である。
【図２０】図２０は送信信号のゴーストレプリカの生成のための構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は受信ゴースト除去の方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図２２】図２２は送信信号の周期が一定の場合と周期を可変した場合の海底エコーの現れ方の違いを示す略線図である。
【図２３】図２３は受信信号が送信ゴーストと重ならないための条件の説明に用いるタイミングチャートである。
【図２４】図２４は受信信号が送信ゴーストと重ならないための条件の説明に用いるタイミングチャートである。
【図２５】図２５は受信信号が送信ゴーストと重ならないための条件をより具体的な説明に用いるタイミングチャートである。
【図２６】図２６は送信周期を短くしてゴーストと海底エコーの重なり合いを防ぐ場合の説明に用いるタイミングチャートである。
【図２７】図２７は送信周期変更計算回路を付加した構成のブロック図である。
【図２８】図２８は送信周期変更計算回路の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本発明の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
＜１．参考例＞
＜２．一実施の形態＞
＜３．変形例＞
【００１７】
＜１．参考例＞
図５は、本発明の実施形態を理解するための参考例による音響測深装置の電気的構成を示す。一定周期のパルス信号の送信トリガパルスを発生する送信トリガ発生器１が設けられており、送信トリガパルスがＰＮ系列発生器としてのゴールドコード発生器２及び表示又は記録装置１０に供給される。表示及び／又は記録装置１０は、液晶等の表示装置及び／又は半導体メモリ等の記録装置と表示又は記録のための演算装置とを含んでいる。
【００１８】
ゴールドコード発生器２は、送信トリガパルスと同期してゴールドコードを発生する。ゴールドコード以外のＭ系列等のＰＮ（Pseudorandom Noise）系列を使用しても良い。ゴールドコードがパルス変調器３に供給され、ゴールドコードが例えばＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）によってデジタル変調される。搬送波の周波数は数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚとされる。
【００１９】
パルス変調器３の出力信号が送信アンプ４に供給され、送信アンプ４において増幅等の処理がなされる。送信アンプ４の出力信号が送波器５に供給される。送波器５から水中に対して超音波が順次送出される。発射された水中超音波のエコーが受波器６によって順次受波される。送波器５及び受波器６としては一体型の構成を使用してもよい。
【００２０】
受波器６からの受波データが受信アンプ７に供給され、増幅等の処理を受けて後、ゴースト除去回路１１に供給される。ゴースト除去回路１１は、減算器１２と送信ゴーストレプリカメモリ１３を備えている。減算器１２では、受信アンプ７からの受波データから送信ゴーストレプリカメモリ１３からの送信ゴーストレプリカが減算される。ゴースト除去回路１１については、後で詳細に説明する。
【００２１】
ゴースト除去回路１１の出力が相関器８に供給される。相関器８の出力が検波回路９に供給される。相関器８によって送信パルスに対応する受信エコーが取り出される。検波回路９は表示のための演算（例えばＡ／Ｄ変換）を行う。検波回路９の出力が表示及び／又は記録装置８に供給され、送信パルスに対してエコーが受信されるまでの時間がそれぞれ表示及び／又は記録される。
【００２２】
図６は、相関検出の処理を示している。受信エコー信号が４０６４ステップのシフトレジスタＳＲに直列に入力される。なお、シフトレジスタＳＲに対して前後の複数の受信エコー信号を加算するなどしてＳＮ比を向上させることが好ましい。加算処理によってノイズが低減でき、低い送信出力とすることが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。シフトレジスタＳＲを動作させるシフトクロックが（２０×８＝１，６００ｋＨｚ＝１．６ＭＨｚ）とされている。この周波数は一例であって搬送波周波数（２０ｋＨｚ）の２倍以上の周波数のシフトクロックを使用できる。受信エコー信号がシフトレジスタＳＲに供給されることによって搬送波信号の８倍の周波数でもってサンプリングされる。
【００２３】
シフトレジスタＳＲに対して並列に演算回路ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７が設けられている。演算回路ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７のそれぞれは、排他的論理和回路と加算回路（４０６４回路）とから構成されている。演算回路ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７のそれぞれの排他的論理和回路に対して共通にシフトレジスタＳＲの４０６４ビットが供給される。
【００２４】
一方、演算回路ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７のそれぞれの排他的論理和回路に対してゴールドコードのコードＧ１のレプリカ（レプリカは４０６４ビット）、コードＧ２のレプリカ、・・・、コードＧ１２７のレプリカがそれぞれ供給される。排他的論理和回路は、２つの入力のビットが同じ値であれば、出力が“０”となり、２つの入力のビットが異なる値であれば、出力が“１”となる。各排他的論理和回路の４０６４ビットの出力が加算される。加算は、“１”の個数がＮであれば、Ｎの値の振幅の信号を出力するものである。否定論理をとることによって、２つの入力が一致するほど大きな値の出力が得られる。演算回路ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７の加算出力は図７に示すものとなる。大きな振幅の出力が送信パルスのゴールドコードと一致する受信エコー信号を示している。
【００２５】
図８は、表示及び／又は記録装置１０において表示を行う場合を説明するものである。表示及び／又は記録装置１０に対しては送信トリガパルスが供給されており、送信トリガパルスのタイミングが画面の上側の発信線（０ｍ）として表示される。送信トリガパルスに対する検波回路９からの検波信号を例えば色を付けて表示する。送信トリガパルスは数Ｈｚから数十Ｈｚの速い繰り返し信号であるので、相関器８からの送信トリガパルスのそれぞれに対応した検波信号を順次並べるように表示することによって、従来の音響測深装置と比較して数倍から数十倍の速さで測深画像が現れることになる。
【００２６】
図９は、パルス変調の一例を説明するものである。例えば２００ｋＨｚの搬送波の４周期
（４波）毎にゴールドコードのビットの“０”及び“１”と対応して位相を０及びπに切り替える。搬送波の周波数は一例であり、他の周波数であってもよく、ＢＰＳＫ以外のＱＰＳＫ等の変調方式を使用してもよい。さらに、位相変調に限らず、振幅変調を使用してもよい。
【００２７】
相関器８においてデジタル信号処理で相関検出がなされる。１ビットが４周期で構成されており、各周期が８サンプルでデジタル化される。したがって、ゴールドコードのコードが１２７ビットの場合、一つの受信エコー信号は、（１２７×４×８＝４０６４ビット）となる。
【００２８】
上述した改良された音響測深装置では、送信信号及び受信エコー信号（海底エコー）を識別することができる。図１０に示すように、送信信号Ａと送信信号Ｂとが異なるゴールドコードとされている。送信信号Ａと対応する受信エコー信号が送信信号Ｂの後に受信されてその受信エコー信号が送信Ａに対応するものであることを識別できる。したがって、従来のような送信周期Ｔに関する制限（（２Ｄ／１５００）＜Ｔ）をなくすことができる。
【００２９】
改良された音響測深装置では水平方向の分解能が次式に示すものとなる。
ΔＨ＝ＶＴ
【００３０】
例えば船が１０kt（時速１０×１．８５２km）で航行し、送信の周期が０．０１秒の場合、ΔＨ＝０．０５ｍとなり、測深深度とは無関係に水平方向の分解能（計測間隔）を決めることができる。深度にかかわらず、送信周期Ｔと船速Ｖのみから水平方向の分解能ΔＨが決められる。このように、送信周期Ｔを短いものとでき、深度とは関係なく測深が可能となり、高い水平の計測分解能を得ることができる。
【００３１】
なお、送信信号の識別は周波数などによっても行うことができるが、周波数弁別方式では使用する周波数範囲を広くすると、水中の伝搬損失が周波数によって異なるので、探知距離に周波数差が出るなど好ましくない。改良された音響測深装置では１つの周波数によって送信信号を識別するので、かかる問題が生じない。すなわち、送信信号を識別できるので、送信周期は従来のように海底のエコーが返ってきてから次の送信信号を発射するという制約がなくなり、短い送信周期で測深が可能なり、水平方向の分解能を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
次に、本発明の参考例のゴースト除去回路１１について説明する。図１１Ａは、音響測深装置の送信信号と受信信号の生波形である。この図１１Ａの例では、送信間隔は１０ｍsec で送信回数は１秒に１００回の送信信号と受信信号が現れている。生波形を図６に示す相関器を通過させることによって、図１１Ｂに示すような相関処理後の波形が得られる。
【００３３】
相関処理後の波形には、本来の海底エコー以外に送信のゴースト（送信ゴーストと適宜称する）や受信のゴースト（受信ゴーストと適宜称する）が現れ、ターゲットとする海底エコーに基づく測定を妨害する場合がある。そこで、本発明は、この妨害になる送信ゴースト及び受信ゴーストが除去するものである。
【００３４】
図１２Ａは、図１１Ａと同様の波形である。図１２Ｂは、図１２Ａの波形から送信ゴースト信号を除去した後の波形である。送信ゴースト信号を除去した後は受信信号しか残らないので、その波形を相関処理すると、図１２Ｃに示すような波形になり、若干は送信波形のゴーストが残ると予想されるものの、ゴーストの影響が少ない受信信号が得られる。
【００３５】
図５の全体構成のブロック図においても示しているが、ゴースト除去回路１１及び相関器８を図１３に示す。図１３に示すように、受信アンプ７の出力信号からあらかじめ記憶しておいた送信信号ゴーストレプリカ波形を減速ポイント回路１２において減算することによってゴースト除去ができる。減算回路１２からのゴースト除去後の信号を相関器８によって相関処理すればゴーストが除去された信号を得ることができる。
【００３６】
図１４Ａが送信信号（ＴＸＧＣ１，ＴＸＧＣ２，ＴＸＧＣ３，・・・）及び受信信号（ＲＸＧＣ１，ＲＸＧＣ２，ＲＸＧＣ３，・・・）の生波形を示す。図１４Ｂが送信信号のゴーストレプリカを示す。減算回路１２の出力信号である。相関器８の相関処理後の波形の二つの例
（波形１及び波形２）を図１４Ｄに示す。
【００３７】
ゴースト除去処理は、相関処理の前に限らず、相関処理の後でも行うことができる。図１５に示すように、送信信号ゴーストレプリカメモリ１４に相関処理後の送信信号ゴーストレプリカを記憶しておく。相関器８からの相関処理後の信号から対応している送信信号ゴーストレプリカを減算回路１５1，１５2，・・・１５127によって減算することによってゴースト除去処
理を行うことができる。
【００３８】
送信信号ゴーストレプリカの生成方法について図１６を参照して説明する。図１６Ａに示す送信信号を相関器に入力し、図１６Ｂに示す１２７種類の相関出力信号（Ｇ１replica，Ｇ２replica，・・・Ｇ１２７replica）がゴーストレプリカ信号となる。これらのゴーストレプリ
カ信号が送信信号ゴーストレプリカメモリ１４に記憶される。
【００３９】
図１７は送信信号ゴーストを除去する処理を示す波形図である。図１７Ａは、音響測深装置の送信信号と受信信号の生波形である。図１７Ｂは、この生波形を相関器８に出力し、相関器８から得られる出力例えばＧ１信号出力である。図１７Ｃが送信信号ゴーストレプリカメモリ１４に記憶されている対応する送信信号ゴーストレプリカＧ１レプリカである。
【００４０】
Ｇ１信号出力から送信信号ゴーストレプリカＧ１レプリカを減算回路１５1によって減算処
理することによって、図１７Ｄに示すように、ゴースト除去後の受信信号が得られる。他の相関器８の出力に関しても同様に、ゴーストを除去することができる。図１７Ｄには、Ｇ１信号出力に関するゴースト除去後の信号とＧ２信号出力に関するゴースト除去後の信号を示す。
【００４１】
図１５に示す上述したゴースト除去回路は、前述の相関処理前にゴースト処理を行うゴースト除去回路（図１３）と比較してメモリ規模及び回路規模が大きくなる。さらに、ある。また、相関処理前と処理後のゴースト除去処理を併せて行えばゴースト除去効果をより大きくすることができる。
【００４２】
図１８は、ゴースト除去の処理を行っていない場合の音響測深装置の表示画像の一例である。画面の横軸が時間を示し、その縦軸が水深を示す。画面の横側に表示を生じさせるゴーストを含む受信信号を示す。この受信信号には、順に下記の信号が含まれており、それぞれが画面中の表示を生じさせる。例えば送信回数が５０回／秒である。
【００４３】
送信信号ＴＸＧＣ１：海面（水深０ｍ）
真の受信信号ＲＸＧＣ１：真の海底エコーの表示Ｅ（水深約７０ｍ付近で波をうっている波形）
送信信号ＴＸＧＣ２〜ＴＸＧＣ６のゴースト：それぞれと対応する送信ゴーストＧ２〜Ｇ６（１５ｍ毎に直線状に現れている）
受信信号ＲＸＧＣ１２４〜ＲＸＧＣ１２７のゴースト：それぞれと対応する受信ゴーストＧＥ１２４〜ＧＥ１２７（海底のエコーのゴースト）
【００４４】
ここで、ゴーストを除去できるとすると、図１９Ａに示すゴースト除去前の表示画像と図１９Ｂに示すゴースト除去後の表示画像を比較するとわかるように、すこぶる見やすい画像を得ることができる。図１９は、実際の海で実験によって得た画像（図１９Ａ）に対してゴースト除去を施したときの画像（図１９Ｂ）である。
【００４５】
図２０を参照して送信ゴーストレプリカの生成方法の一例について説明する。図５と対応する構成部分には同一の参照符号を付すことにする。水を入れた無響水槽２１内に送波用振動子５及び受波用振動子６を収納する。無響水槽２１を使用するのは、不要な受信信号を生じさせないためである。そして、通常の音響測深を行い、送信信号に対応する受信信号を送信ゴーストレプリカとして送信ゴーストレプリカメモリに保存する。無響水槽２１の代わりに受信エコーが現れないような深い海で送受信を行い、同様に送信ゴーストレプリカを得るようにしてもよい。
【００４６】
ゴーストは受信信号に対しても現れるので、受信信号のゴースト除去も必要である。図２１は、受信信号のゴースト除去の方法の一例を示す。図２１Ａは、送信信号と受信信号の生波形である。図２１Ｂは、送信ゴースト除去後の受信信号を相関器８で処理した時の一つの信号出力を示す。図２１Ｂの波形の中で鋭いピークを持つ信号のみを抽出すると、図２１Ｃに示すようになる。同様に、相関器８の他の信号出力及びその中で抽出された波形を図２１Ｄ及び図２１Ｅにそれぞれ示す。
【００４７】
図２１Ｂから図２１Ｅに示すように、相関処理後の受信信号は、真のエコーとゴーストエコーには明らかな差がある。それは、真のエコーは鋭いピークをもつ波形となるが、ゴーストエコーは鋭いピークを持たない波形となる。したがって、受信信号のゴースト除去は、相関処理後に鋭いピークを持つ波形だけを残して他の信号は消し去る方法でゴースト除去が行える。
【００４８】
＜２．一実施の形態＞
次に本発明の一実施の形態について説明する。一実施の形態は、送信周期を変更して送信ゴーストと受信信号が重ならないようにする方法である。すなわち、送信ゴーストと受信エコーが重ならないように送信周期を調整する方法である。
【００４９】
図２２を参照して一実施の形態について概略的に説明する。図２２Ａは、送信回数が５０回／秒の場合の表示画像を示す。送信ゴーストが所定の水深の間隔で直線状に現れている。この場合では、海底エコーと送信ゴーストが重なって一部海底エコーが認識しにくい箇所がある。図２２Ｂは、破線の位置で送信回数を４０回／秒に変更した場合の表示画像である。送信の間隔が長くなるので、送信ゴーストの現れる水深の間隔がより大きくなり、海底エコーと送信ゴーストが重なって一部海底エコーが認識しにくい箇所がなくなる。
【００５０】
最初、送信回数５０回／秒で海底エコーを送信ゴーストの間に捉えていたとする。海底が徐々に深くなって送信ゴーストと海底エコーが重なりそうになると送信回数を５０回／秒から４０回／秒にすることによって海底エコーと送信ゴーストは重なることなく送信ゴーストの間に海底エコーを捉えることができる。送信周期を変更するアルゴリズムについて以下説明する。
【００５１】
相関後の受信信号が送信ゴーストと重ならない条件について図２３を参照して説明する。図２３Ａは、順次送信される送信信号（ＴＸＧＣ１，ＴＸＧＣ２，ＴＸＧＣ３，・・・）及び受信信号（ＴＸＧＣ１，ＴＸＧＣ２，ＴＸＧＣ３，・・・）を示し、図２３Ｂは、これらの送信信号の相関後の信号を示す。相関後の鋭いピークを持つ波形が送信信号に対応する受信信号である。下記のようにパラメータを表記する。
【００５２】
送信周期  Ｔint＝Ｍ（１／sec）
送信間隔  Ｔdur＝１／Ｍ（sec）
ターゲットまでの距離  Dist（ｍ）
水中音速  ｃ（ｍ／sec）
送信パルス幅  Ｐwidth
【００５３】
受信信号が送信パルスと重ならないための条件は、ｎ回目の送信信号とｎ＋１回目の送信信号の間に受信信号がくるように送信周期を可変することである。数式で表すと次の式となる。
【００５４】
ｎＴdur＋２Ｐwidth＜２Dist／ｃ＜（ｎ＋１）Ｔdur−Ｐwidth
【００５５】
図２４Ａは送信回数が例えば５０回／秒のゴールドコード送信信号を示し、図２４Ｂが相関後の出力信号を示す。図２４Ａ及び図２４Ｂは、送信信号ＴＸＧＣ１に対応する受信信号ＲＸＧＣ１が送信信号ＴＸＧＣ４のゴーストと非常に接近している状態（重なり合う直前の状態）を示す。この結果、海底のエコーの表示が送信ゴーストの表示と非常に接近しているため、海底のエコーの表示が見にくくなる。
【００５６】
そこで、ユーザの操作又は自動的に送信回数を４０回／秒に変更する。図２４Ｃは変更後のゴールドコード送信信号を示し、図２４Ｄが相関後の出力信号を示す。このようにすると、受信信号ＲＸＧＣ１のタイミングを３番目の送信信号と４番目の送信信号の間とすることができ、海底のエコーの表示が見やすくなる。
【００５７】
具体的に下記の条件で海底深度が１００ｍのときの送信ゴーストと相関後の受信信号との関係を計算した。この場合のパラメータを次のように設定する。図２５が具体的な値を示している。
【００５８】
送信周期  Ｔint＝Ｍ（１／sec）＝５０回
送信間隔  Ｔdur＝１／Ｍ（sec）＝２０ｍsec
ターゲットまでの距離  Dist（ｍ）＝１００ｍ
水中音速  ｃ（ｍ／sec）
送信パルス幅  Ｐwidth＝２．５４ｍｓ
送信周波数  freq＝２００ｋＨｚ
【００５９】
受信信号が送信パルスと重ならないための条件は、次の式で表される。送信１からターゲットまでの時間２Dist／ｃは、１３３．３ｍｓなので、上記条件では６回目の送信と７回目の送信の間にターゲットからの受信信号が入ることになる。
【００６０】
ｎＴdur＋２Ｐwidth＜２Dist／ｃ＜（ｎ＋１）Ｔdur−Ｐwidth
＝６×２０＋２×２．５４＜２×１００／１５００＜７×２０−２．５４
＝１２５．０８＜１３３．３＜１３７．４６
【００６１】
この例ではターゲットからの受信信号が、１２５．０８ｍｓと１３７．４６ｍｓの間に存在する場合には、送信ゴーストと受信信号が重ならないことがわかる。
【００６２】
上述した説明では、送信回数を減少させて送信ゴーストと受信信号が重ならないようにしている。しかしながら、逆に送信回数を増加させて送信ゴーストと受信信号が重ならないようにしてもよい。または、送信回数を増減可能としてもよい。図２６に示す例は、送信回数を増やして海底エコーと送信ゴーストが重ならないようにした例である。この例では図２６Ａに示すように、海底が段々浅くなってきて海底エコーと送信ゴーストが重なってきている。図２６Ｂに示すように、海底エコーと送信ゴーストが重なってきそうになる寸前で送信回数を増やして送信間隔を狭めることによって送信ゴーストと海底エコーが重なることを回避している。
【００６３】
図２７は、一実施の形態の構成を示すブロック図である。図５に示す音響測深装置に対して、送信周期変更計算回路１６を追加した構成である。図２７では、上述した参考例によるゴースト除去回路１１を設けている例であるが、必ずしもゴースト除去回路１１を設ける必要はない。送信周期変更計算回路１６は、送信トリガパルス発生器１に対して接続され、送信周期を可変するための回路である。送信周期変更計算回路１６には、信号検波回路９の出力が供給されている。
【００６４】
送信周期変更計算回路１６の動作を図２８のフローチャートを参照して説明する。最初は、送信回数のデフォルトの値例えば５０回／秒に設定する（ステップＳＴ１）。
ステップＳＴ２（判定Ａ）において、送信ゴーストの間に海底エコーが存在しているかどうかを判定する。すなわち、上述した数式で示す受信信号が送信パルスと重ならないための条件が満たされているかどうかが判定される。判定結果が肯定ならば、そのまま５０回／秒を継続する。
ステップＳＴ２（判定Ａ）の判定結果が否定の場合、処理がステップＳＴ３（判定Ｂ）に移る。
【００６５】
ステップＳＴ３（判定Ｂ）では、図２６に示したように、測定対象の水深が段々浅くなってきているかどうかが調べられる。判定結果が肯定の場合には、処理がステップＳＴ４に移る。ステップＳＴ４において、送信回数が増加され、受信信号がゴーストと重ならないようにする。ステップＳＴ３の判定結果が否定の場合には、処理がステップＳＴ５（判定Ｃ）に移る。
【００６６】
ステップＳＴ５（判定Ｃ）では、図２２に示したように、測定対象の水深が段々深くなってきているかどうかが調べられる。判定結果が肯定の場合には、処理がステップＳＴ６に移る。ステップＳＴ６において、送信回数が減少され、受信信号がゴーストと重ならないようにする。ステップＳＴ５の判定結果が否定の場合には、処理がステップＳＴ１に移る。
【００６７】
上述した処理は、一例であって、送信回数の増減を行うための判定を上述した記述と逆にしても良い。この場合は、一瞬海底エコーと送信ゴーストは交差するが、その後は送信ゴーストの間に海底エコーがくるからである。
【００６８】
＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。例えば本発明はマルチビーム音響測深装置、開口合成ソナーに対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  送信トリガパルス発生器
２  ゴールドコード発生器
３  パルス変調器
５  送波器
６  受波器
８  相関器
１０  表示及び／又は記録装置
１１  ゴースト除去回路
１６  送信周期変更計算回路
ＳＲ  シフトレジスタ
ＥＸＡ１〜ＥＸＡ１２７  演算回路
【図１】
2018159696.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月25日(2018.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
前記送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、
真のエコーと、前記送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号を前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行い、前記送信信号と前記受信信号の前記疑似雑音系列信号が一致する場合に大きな値となる出力信号を発生する相関器と、
前記送信信号の送信間隔を変更し、前記真のエコーが前記送信信号のゴーストとタイミングが重なり合わないようにする送信周期変更回路と
を備え、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深装置。
【請求項２】
前記変調回路は、前記疑似雑音系列信号によって搬送波を位相変調することによって前記送信信号を形成する請求項１に記載の音響測深装置。
【請求項３】
前記エコーを搬送波周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしてなるデータと前記疑似雑音系列信号によって相関を検出するようにした請求項１又は２に記載の音響測深装置。
【請求項４】
移動体に設置された音響測深装置によって水中の測定対象を探知する音響測深方法において、
疑似雑音系列発生回路によって疑似雑音系列信号を生成し、送信タイミングの前記疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成し、
前記送信信号を超音波として水中に送出し、
真のエコーと、前記送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信し、
相関器によって前記受信信号を前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行い、前記送信信号と前記受信信号の前記疑似雑音系列信号が一致する場合に大きな値となる出力信号を形成し、
送信周期変更回路によって前記送信信号の送信間隔を変更し、前記真のエコーが前記送信信号のゴーストとタイミングが重なり合わないようにし、
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深方法。
【請求項５】
前記疑似雑音系列信号によって搬送波を位相変調することによって前記送信信号を形成する請求項４に記載の音響測深方法。
【請求項６】
前記エコーを搬送波周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしてなるデータと前記疑似雑音系列信号によって相関を検出するようにした請求項４又は５に記載の音響測深方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測深装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、
真のエコーと、送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信する受信部と、
受信信号を疑似雑音系列信号によって相関処理を行い、送信信号と受信信号の疑似雑音系列信号が一致する場合に大きな値となる出力信号を発生する相関器と、
送信信号の送信間隔を変更し、真のエコーが送信信号のゴーストとタイミングが重なり合わないようにする送信周期変更回路と
を備え、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深装置である。
また、本発明は、移動体に設置された音響測深装置によって水中の測定対象を探知する音響測深方法において、
疑似雑音系列発生回路によって疑似雑音系列信号を生成し、送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成し、
送信信号を超音波として水中に送出し、
真のエコーと、送信信号のゴーストと、受信信号のゴーストを含む受信信号を受信し、
相関器によって受信信号を疑似雑音系列信号によって相関処理を行い、送信信号と受信信号の疑似雑音系列信号が一致する場合に大きな値となる出力信号を形成し、
送信周期変更回路によって送信信号の送信間隔を変更し、真のエコーが送信信号のゴーストとタイミングが重なり合わないようにし、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をＶｕとし、測定対象までの距離をＤとする場合に、（２Ｄ／Ｖｕ）以下とされた
音響測深方法である。