(57)【要約】【課題】探知対象物標に対する各種の詳細データを高精度に算出する。【解決手段】水中探知装置１０は、演算処理部１１および姿勢検出部２０を備える。演算処理部１１は、送受波器１００からの超音波信号の送信制御を行うとともに、送受波器１００の各チャンネルのエコー信号に基づいて、相対座標系である船体座標系で単体魚の観測ベクトルｘｘｉｒを算出する。姿勢検出部２０は、送受波器１００の姿勢角を検出し、演算処理部１１のエコー信号解析部１４に出力する。エコー信号解析部１４は、姿勢角に基づいて座標変換行列Ａｉｒを決定し、当該座標変換行列Ａｉｒを用いて、観測ベクトルｘｘｉｒを絶対静止座標系による観測ベクトルＸＸｉｒに変換する。エコー信号解析部１４は、絶対静止座標系による観測ベクトルＸＸｉｒに基づいて、速度ベクトルや観測入射角を算出する。【選択図】  図１
2015210143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受波面が複数チャンネルに分割されており、各チャンネルから同時に超音波信号を水中に送信し、各チャンネルで前記超音波信号に対する水中からのエコー信号を受信する送受波器と、
前記エコー信号の受信時刻における前記送受波器の絶対静止座標系による姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記エコー信号から前記送受波器を始点として探知対象物標を終点とする相対座標系による観測ベクトルを算出し、前記姿勢に基づく前記絶対静止座標系と前記相対座標系の変換係数を用いて、前記相対座標系による観測ベクトルを前記絶対静止座標系による観測ベクトルに変換するエコー信号解析部と、
を備える水中探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記エコー信号解析部は、
複数の時刻で、同一の探知対象物標に対する前記絶対静止座標系による観測ベクトルを取得し、
前記複数の時刻での前記絶対静止座標系による観測ベクトルを用いて、前記探知対象物標の速度ベクトルを算出する、
水中探知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水中探知装置であって、
前記エコー信号解析部は、
前記絶対静止座標系による観測ベクトルと前記速度ベクトルとを用いて、前記探知対象物標の観測入射角を算出する、
水中探知装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水中探知装置であって、
前記エコー信号解析部は、
前記エコー信号の振幅に基づく反射強度と前記観測入射角とを用いて、前記探知対象物標の種類を推定する、
水中探知装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記探知対象物標は単体魚である、
水中探知装置。
【請求項６】
請求項５に記載の水中探知装置であって、
前記エコー信号解析部は、
前記複数チャンネルのエコー信号を用いて、魚群に対するエコー信号から前記単体魚に対するエコー信号を識別する、
水中探知装置。
【請求項７】
送受波面を複数チャンネルに分割し、各チャンネルから同時に超音波信号を水中に送信し、各チャンネルで前記超音波信号に対する水中からのエコー信号を受信する送受波工程と、
前記エコー信号の受信時刻における前記送受波面の中心の絶対静止座標系による姿勢を検出する姿勢検出工程と、
前記エコー信号から前記送受波面の中心を始点として探知対象物標を終点とする相対座標系による観測ベクトルを算出し、前記姿勢に基づく前記絶対静止座標系と前記相対座標系の変換係数を用いて、前記相対座標系による観測ベクトルを前記絶対静止座標系による観測ベクトルに変換するエコー信号解析工程と、
を有する水中探知方法。
【請求項８】
探知対象物標の観測ベクトルを算出する処理をコンピュータに実行させる水中探知プログラムであって、
前記コンピュータは、
送受波面を複数チャンネルに分割し、各チャンネルから同時に超音波信号を水中に送信し、各チャンネルで前記超音波信号に対する水中からのエコー信号を受信する送受波処理と、
前記エコー信号の受信時刻における前記送受波面の中心の絶対静止座標系による姿勢を検出する姿勢検出処理と、
前記エコー信号から前記送受波面の中心を始点として探知対象物標を終点とする相対座標系による観測ベクトルを算出し、前記姿勢に基づいて前記絶対静止座標系と前記相対座標系の変換係数を用いて、前記相対座標系による観測ベクトルを前記絶対静止座標系による観測ベクトルに変換するエコー信号解析処理と、
を実行する、
水中探知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水中に探知用の超音波信号を送信し、そのエコー信号に基づいて水中探知を行う水中探知装置、水中探知方法、および水中探知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、各種の水中探知装置が利用されている。水中探知装置は、水中に超音波信号を送信し、そのエコー信号から水中の探知対象物標を検出する。探知対象物標としては、例えば、魚群であり、単体魚である。このような水中探知装置には、更なる高性能化が要求されており、例えば、単体魚の遊泳速度や魚種判別等を水中探知装置が各種考案されている。
【０００３】
水中探知装置は、船舶に装着された送受波器から超音波信号を水中に送信し、当該送受波器で水中からのエコー信号を受信する。
【０００４】
送受波器は、揺動が生じていない状況において、水平面に直交する鉛直方向を指向性の中心方向として、超音波信号を送信する。そして、送受波器は、水平面に平行な送受波面を複数チャンネルに分割しており、水中探知装置は、各チャンネルで受信したエコー信号の振幅およびチャンネル間の位相差から、探知対象物標の三次元位置を検出している。また、水中探知装置は、エコー信号の振幅等を用いて反射強度Ｔｓを算出したり、三次元位置から超音波信号の観測入射角Θを算出して、魚種判別等に利用している。
【０００５】
ところで、船舶は、波やうねりがある場合に揺動する。したがって、船舶に取り付けられた送受波器も揺動する。この場合、超音波信号の指向性の中心方向が鉛直方向からずれてしまい、そのズレ量は揺動に応じて変化する。
【０００６】
特許文献１に記載の計量用魚群探知機では、船舶の揺動によるローリング角およびピッチング角を算出する。特許文献１に記載の計量用魚群探知機は、ローリング角とピッチング角に基づいて、鉛直下方向が指向性の中心方向となるように、各チャンネルから送信する超音波信号の位相を調整するとともに、各チャンネルで受信するエコー信号の位相を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の計量用魚群探知機では、送信時の位相制御と受信時の位相制御を行うため、信号の送受信制御処理が複雑になってしまう。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、複雑な送受信制御を行うことなく、探知対象物標に対する各種の詳細データを高精度に算出するできる水中探知装置、水中探知方法、および水中探知プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の水中探知装置は、送受波器、姿勢検出部、および、エコー信号解析部を備える。送受波器は、送受波面が複数チャンネルに分割されており、各チャンネルから同時に超音波信号を水中に送信し、各チャンネルで超音波信号に対する水中からのエコー信号を受信する。姿勢検出部は、エコー信号の受信時刻における送受波器の絶対静止座標系による姿勢を検出する。エコー信号解析部は、送受波器を始点として探知対象物標を終点とする相対座標系による観測ベクトルをエコー信号から算出する。エコー信号解析部は、姿勢に基づいて絶対静止座標系と相対座標系の変換係数を用いて、相対座標系による観測ベクトルを絶対静止座標系による観測ベクトルに変換する。
【００１１】
この構成では、探知対象物標のエコー信号に基づく観測ベクトルが絶対静止座標系で表される。したがって、複数の時刻で同じ座標系による観測ベクトルを得ることができる。これにより、いずれの時刻で観測ベクトルを算出しても、送受波器の揺動による影響が抑圧されている。
【００１２】
また、この発明の水中探知装置では、エコー信号解析部は、複数の時刻で、同一の探知対象物標に対する絶対静止座標系による観測ベクトルを取得する。エコー信号解析部は、複数の時刻での絶対静止座標系による観測ベクトルを用いて、探知対象物標の速度ベクトルを算出する。
【００１３】
この構成では、複数の時刻の観測ベクトルの基準となる座標系が一致するので、速度ベクトルに含まれる揺動の影響が抑圧され、高精度に速度ベクトルを算出することができる。
【００１４】
また、この発明の水中探知装置では、エコー信号解析部は、絶対静止座標系による観測ベクトルと速度ベクトルとを用いて、探知対象物標の観測入射角を算出する。
【００１５】
この構成では、高精度に算出された速度ベクトルを用いることができるので、観測入射角を高精度に算出することができる。
【００１６】
また、この発明の水中探知装置では、エコー信号解析部は、エコー信号の振幅に基づく反射強度と観測入射角とを用いて探知対象物標の種類を推定する。
【００１７】
この構成では、高精度に算出された観測入射角を用いることができるので、探知対象物標の種類を精確に推定することができる。
【００１８】
また、この発明の水中探知装置では、探知対象物標は単体魚である。
【００１９】
また、この発明の水中探知装置では、エコー信号解析部は、複数チャンネルのエコー信号を用いて、魚群に対するエコー信号から単体魚に対するエコー信号を識別する。
【００２０】
これらの構成では、探知対象物標が単体魚である場合の具体的な態様例を示している。このように本発明を用いれば、単体魚の遊泳速度や魚種を、精確に算出または推定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
複雑な送受信制御を行うことなく、探知対象物標に対する各種の詳細データを高精度に算出することができる。例えば、単体魚に対する反射強度、観測入射角を高精度に算出することができ、これにより、より精確に魚種判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る単体魚の遊泳速度および観測入射角の算出のための概念を示す図である。
【図３】遊泳速度の初期位相特性を示す図である。
【図４】観測入射角の初期位相特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る観測処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る水中探知装置、水中探知方法、および水中探知プログラムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る単体魚の遊泳速度および観測入射角の算出のための概念を示す図である。
【００２４】
水中探知装置１０は、演算処理部１１、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、送受波器１００、姿勢検出部２０、および表示器３０を備える。
【００２５】
演算処理部１１は、送信制御部１２、受信部１３、エコー信号解析部１４、および、表示制御部１５を備える。送信制御部１２および受信部１３は、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４のそれぞれに接続されている。受信部１３は、単体魚検出部１４および表示制御部１５に接続されている。表示制御部１５は、表示器３０に接続されている。
【００２６】
姿勢検出部２０は、アンテナ２１１，２１２、センサ２２、および姿勢演算部２３を備える。アンテナ２１１，２１２は、測位衛星（例えば、ＧＰＳ衛星）ＳＡＴからの測位用信号を受信して相関処理し、相関処理結果を姿勢演算部２３に出力する。センサ２２は、角速度センサや加速度センサからなり、センサ検出値を姿勢演算部２３に出力する。姿勢演算部２３は、相関処理結果およびセンサ検出値を用いて、既知の方法で、水中探知装置１０が装着される船舶９０の特定位置の絶対静止座標系における姿勢角、より具体的には、送受波器１００の絶対静止座標系における姿勢角を算出する。
【００２７】
ここで、絶対静止座標系は、例えば地球座標系であり、図２のＸＹＺ軸に示すように、水平面に平行で且つ直交する２方向の一方をＸ軸とし、他方をＹ軸とし、水平面に直交する方向をＺ軸として規定されている。
【００２８】
一方、本発明の実施形態では、相対座標系が規定されている。相対座標系は、送受波器１００の送受波面に平行で且つ直交する２方向の一方（例えば船首尾方向）をｘ軸とし、他方（例えば右左舷方向）をｙ軸とし、送受波面に直交する方向をｚ軸として規定されている。
【００２９】
そして、送受波器１００の絶対静止座標系における姿勢は、Ｚ軸を回転中心とするｘ軸とＸ軸との成す角であるヨー角αと、Ｙ軸を回転中心とするｚ軸とＺ軸との成す角であるピッチ角βと、Ｘ軸を回転中心とするｙ軸とＹ軸との成す角であるロール角γとによって規定されている。
【００３０】
姿勢検出部２０は、姿勢角（ヨー角α、ピッチ角β、およびロール角γ）を、予め設定した時間間隔で算出し、算出時刻とともに、エコー信号解析部１４に出力する。なお、姿勢検出部２０は、送受波器１００による超音波信号の送信間隔よりも短い時間間隔で姿勢を算出する。
【００３１】
送受波器１００は、船舶９０の揺動が無い状態で送受波面が水平に保持されるように、例えば、船舶９０の船底に設置されている。送受波器１００は、第０チャンネルＣＨ０、第１チャンネルＣＨ１、第２チャンネルＣＨ２、および第３チャンネルＣＨ３の四つに分割されている。この際、４つのチャンネルは、送受波面の中心で交わる２本の線分によって送受波面を分割するように設定されている。そして、例えば、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第１チャンネルＣＨ１が船首側に配置され、第２チャンネルＣＨ２と第３チャンネルＣＨ３が船尾側に配置される。また、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第３チャンネルＣＨ３が左舷側に配置され、第１チャンネルＣＨ１と第２チャンネルＣＨ２が右舷側に配置される。第０チャンネルＣＨ０は、送受切替器１２１に接続されており、第１チャンネルＣＨ１は、送受切替器１２２に接続されている。第２チャンネルＣＨ２は、送受切替器１２３に接続されており、第３チャンネルＣＨ３は、送受切替器１２４に接続されている。
【００３２】
送信制御部１２は、送受波器１００から超音波を送波するための送信制御信号を生成する。送信制御信号は、超音波の周波数帯域の信号であり、例えば、キャリア周波数が３８［ｋＨｚ］の信号である。また、送信制御信号は、周波数が例えば経時的に変化する信号、すなわちＦＭチャープ信号からなる。周波数の変動幅は、例えば、±２［ｋＨｚ］である。送信制御信号は、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４を介して、送受波器１００に与えられる。
【００３３】
送受波器１００は、送信制御信号によって励振し、探知用の超音波信号を水中に送信する。送受波器１００は、全てのチャンネルＣＨ０〜ＣＨ３で同期して（同じタイミング）、探知用の超音波信号を送信する。このような送信制御を行うことで、探知用の超音波信号は、送波面に直交する方向（ｚ軸）、すなわち鉛直下方向が指向性の中心方向となるように、水中に送信される。
【００３４】
送受波器１００は、探知用の超音波信号が水中の魚群や単体魚Ｆｉに反射したエコー信号を受信して電気信号に変換する。この際、送受波器１００は、チャンネル毎にエコー信号を受信する。第０チャンネルＣＨ０は、超音波のエコー信号を受信し、第０チャンネルエコー信号ＥＣＨ（０）を、送受切替器１２１を介して、受信部１３に出力する。第１チャンネルＣＨ１は、超音波のエコー信号を受信し、第１チャンネルエコー信号ＥＣＨ（１）を、送受切替器１２２を介して、受信部１３に出力する。第２チャンネルＣＨ２は、超音波のエコー信号を受信し、第２チャンネルエコー信号ＥＣＨ（２）を、送受切替器１２３を介して、受信部１３に出力する。第３チャンネルＣＨ３は、超音波のエコー信号を受信し、第３チャンネルエコー信号ＥＣＨ（３）を、送受切替器１２４を介して、受信部１３に出力する。なお、以下では、総称してチャンネルエコー信号ＥＣＨとして説明する。
【００３５】
受信部１３は、例えば、マッチドフィルタによって構成される。受信部１３は、送受波器１００から送信する超音波信号と同じ波形からなるレプリカ信号と、各チャンネルエコー信号ＥＣＨとを相関処理する。これにより、受信部１３からは、パルス圧縮された各チャンネルエコー信号ＥＣＨが出力される。このようなパルス圧縮を用いることで、深度方向（時間方向）の分解能を向上させることができる。受信部１３は、パルス圧縮後の各チャンネルエコー信号を、単体魚検出部１４および表示制御部１５に出力する。なお、超音波信号は、ＦＭチャープ信号に限らず、単周波数の搬送波からなるパルスバースト信号であってもよい。この場合、受信部１３は、マッチドフィルタの構成を必要とせず、ＴＶＧ等、単に増幅処理を行えばよい。
【００３６】
エコー信号解析部１４は、各チャンネルエコー信号を用いて、単体魚の検出を行う。単体魚の検出は、たとえば、チャンネルエコー信号における物標検出用の閾値以上の振幅となる幅を検出し、該幅が魚群と単体魚を判別する閾値以下であれば、該当する部分のチャンネルエコー信号を単体魚のエコーと判別する。この単体魚が、本発明の探知対象物標に相当する。
【００３７】
エコー信号解析部１４は、具体的な処理は後述するが、単体魚のエコーに対応する各チャンネルエコー信号を用いて、絶対静止座標系による単体魚の観測ベクトルを算出する。
【００３８】
エコー信号解析部１４は、単体魚の複数時刻における観測ベクトルから、単体魚の遊泳速度を算出する。この遊泳速度が本発明の速度ベクトルに相当する。
【００３９】
エコー信号解析部１４は、遊泳速度と複数時刻における観測ベクトルから単体魚の観測入射角を算出する。
【００４０】
エコー信号解析部１４は、各チャンネルエコー信号から既知の方法を用いて、単体魚の反射強度（ＴＳ）を算出する。そして、エコー信号解析部１４は、反射強度（ＴＳ）と観測入射角との関係を用いて、既知の方法で、単体魚の魚種を判別する。
【００４１】
エコー信号解析部１４は、これらの解析結果を表示制御部１５に出力する。なお、この際、エコー信号解析部１４は、複数の観測結果のうち、必要な観測結果のみを表示制御１５に出力すればよい。
【００４２】
そして、エコー信号解析部１４では、単体魚の観測ベクトルを絶対静止座標系によって取得するので、船舶９０の揺動、すなわち送受波器１００の揺動が生じて、複数の時刻での送受波器１００の指向性の中心方向が異なっていても、経時変化の生じない１つの絶対静止座標系において複数の観測ベクトルを用いた演算処理を行うことができる。これにより、複数の観測ベクトルを用いた演算処理に対する揺動の影響を抑圧することができる。したがって、複数の観測ベクトルを用いた演算処理を、精確に（高精度に）行うことができる。例えば、上述の例であれば、速度ベクトルの算出、観測入射角の算出、および魚種判別を精確に行うことができる。
【００４３】
表示制御部１５は、各チャンネルエコー信号に基づいて、魚群探知画像データを形成する。表示制御部１５は、解析結果に基づく所望の画像データを、上述の魚群探知画像データに合成する。表示制御部１５は、合成された画像データを、表示器３０に出力する。表示器３０は、例えば、液晶ディスプレイからなり、表示制御部１５からの画像データを画面に表示する。
【００４４】
次に、エコー信号解析部１４が行う具体的な処理を、図２を参照して説明する。なお、図２において、Ｆｉ（０）はＰＩＮＧ０での単体魚を示し、Ｆｉ（１）はＰＩＮＧ１での単体魚を示す。また、ｘｘ０ｔは、ＰＩＮＧ０での送信時刻の相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ０ｔは、ＰＩＮＧ０での送信時刻の絶対静止座標系による観測ベクトルである。ｘｘ０ｓは、ＰＩＮＧ０での単体魚に対する反射タイミングの相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ０ｓは、ＰＩＮＧ０での単体魚に対する反射タイミングの絶対静止座標系による観測ベクトルである。ｘｘ０ｒは、ＰＩＮＧ０での受信時刻の相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ０ｒは、ＰＩＮＧ０での受信時刻の絶対静止座標系による観測ベクトルである。また、ｘｘ１ｔは、ＰＩＮＧ１での送信時刻の相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ１ｔは、ＰＩＮＧ１での送信時刻の絶対静止座標系による観測ベクトルである。ｘｘ１ｓは、ＰＩＮＧ１での単体魚に対する反射タイミングの相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ１ｓは、ＰＩＮＧ１での単体魚に対する反射タイミングの絶対静止座標系による観測ベクトルである。ｘｘ１ｒは、ＰＩＮＧ１での受信時刻の相対座標系による観測ベクトルであり、ＸＸ１ｒは、ＰＩＮＧ１での受信時刻の絶対静止座標系による観測ベクトルである。ＶＶ０１は、速度ベクトルであり、Θ１ｓは観測入射角である。
【００４５】
エコー信号解析部１４は、単体魚のエコーに対応する各チャンネルエコー信号を用いて、単体魚の観測ベクトルを相対座標系で算出する。
【００４６】
具体的に、上述のように、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第１チャンネルＣＨ１が船首側に配置され、第２チャンネルＣＨ２と第３チャンネルＣＨ３が船尾側に配置され、第０チャンネルＣＨ０と第３チャンネルＣＨ３が左舷側に配置され、第１チャンネルＣＨ１と第２チャンネルＣＨ２が右舷側に配置される場合、次に示すように、単体魚の観測ベクトルを相対座標系で算出する。
【００４７】
エコー信号解析部１４は、第０チャンネルＣＨ０で受信したエコー信号（第０チャンネルエコー信号）と第１チャンネルＣＨ１で受信したエコー信号（第１チャンネルエコー信号）を加算することで、船首方向を探知するエコー信号を形成する。エコー信号解析部１４は、第２チャンネルＣＨ２で受信したエコー信号（第２チャンネルエコー信号）と第３チャンネルＣＨ３で受信したエコー信号（第３チャンネルエコー信号）を加算することで、船尾方向を探知するエコー信号を形成する。
【００４８】
エコー信号解析部１４は、船首方向のエコー信号と船尾方向のエコー信号の位相差（受信時間差）から、船首尾方向に射影した単体魚のエコーの到来方向（方位角）を算出する。また、エコー信号解析部１４は、船首方向および船尾方向のエコー信号の送信時刻と受信時刻との差から、船首尾方向に射影した送受波器１００から単体魚までの距離を算出する。
【００４９】
エコー信号解析部１４は、第０チャンネルエコー信号と第３チャンネルエコー信号を加算することで、左舷方向を探知するエコー信号を形成する。エコー信号解析部１４は、第１チャンネルエコー信号と第２チャンネルエコー信号を加算することで、右舷方向を探知するエコー信号を形成する。
【００５０】
エコー信号解析部１４は、左舷方向のエコー信号と右舷方向のエコー信号の位相差（受信時間差）から、右左舷方向に射影した単体魚のエコーの到来方向（方位角）を算出する。また、エコー信号解析部１４は、左舷方向および右舷方向のエコー信号の送信時刻と受信時刻との差から、右左舷方向に射影した送受波器１００から単体魚までの距離を算出する。
【００５１】
エコー信号解析部１４は、船首尾方向の方位角と距離、および、右左舷方向の方位角と距離を用いて、送受波器１００の中心位置とした三次元の相対座標系における単体魚の方位および距離を算出する。
【００５２】
エコー信号解析部１４は、算出した距離と方位から、送受波器１００の送受波面の中心を基準とする観測ベクトルｘｘｉ（ｉはＰＩＮＧ番号を示す整数）を算出する。この際、エコー信号解析部１４は、少なくとも受信時刻における観測ベクトルｘｘｉｒを算出する。
【００５３】
エコー信号解析部１４は、姿勢角検出部２０から取得した姿勢角（ヨー角α、ピッチ角β、およびロール角γ）に基づいて座標変換行列Ａｉを決定する。座標変換行列Ａｉは、相対座標系から絶対静止座標系への変換処理を行う対象となる時刻での姿勢角を用いて決定される。
【００５４】
座標変換行列Ａｉは次式で表される。
【００５５】
【数１】
2015210143.tif 000003
【００５６】
なお、各行列要素は次のように表される。
【００５７】
【数２】
2015210143.tif 000004
【００５８】
エコー信号解析部１４は、相対座標系による観測ベクトルｘｘｉｒを絶対静止座標系による観測ベクトルＸＸｉｒに変換する。具体的には、エコー信号解析部１４は、受信時刻での座標変換行列Ａｉｒを決定し、次の変換式を用いて、観測ベクトルの座標変換処理を行う。
【００５９】
【数３】
2015210143.tif 000005
【００６０】
エコー信号解析部１４は、複数時刻の観測ベクトルから速度ベクトルを算出する。例えば、エコー信号解析部１４は、時間軸上隣り合うＰＩＮＧ（ｉ−１）の観測ベクトルＸＸ（ｉ−１）ｒとＰＩＮＧ（ｉ）の観測ベクトルＸＸｉｒを用いて、絶対静止座標系による速度ベクトルＶＶｉ（ｉ−１）を算出する。
算出式は次の通りであり、Ｔは超音波信号の送信周期、すなわち各ＰＩＮＧの基準時刻の時間間隔である。
【００６１】
【数４】
2015210143.tif 000006
【００６２】
例えば、図２の例であれば、速度ベクトル（遊泳速度ベクトル）ＶＶ１０は、次式から得られる。
【００６３】
【数５】
2015210143.tif 000007
【００６４】
このように、本実施形態を用いることにより、速度ベクトルの元になる複数時刻の観測ベクトルが、同一で且つ揺動の影響をうけない不変の絶対静止座標系であるので、複数の受信時刻で揺動量が異なっていても、その影響を受けない。すなわち、揺動量の時間変化の影響を受けない。したがって、速度ベクトルを精確に算出することができる。
【００６５】
エコー信号解析部１４は、算出した速度ベクトルＶＶｉ（ｉ−１）と、超音波信号が単体魚に反射した時刻での観測ベクトルＸＸｉｓを用いて、次式から観測入射角Θｉを算出する。
【００６６】
【数６】
2015210143.tif 000008
【００６７】
なお、受信時刻の観測ベクトルＸＸｉｒと反射時刻の観測ベクトルＸＸｉｓが略同じとして、反射時刻の観測ベクトルＸＸｉｓに、受信時刻の観測ベクトルＸＸｉｒを用いてもよいが、次の方法でより精確に算出してもよい。
【００６８】
受信時刻をｔｒとし、反射時刻ｔｓとすると、反射時刻の観測ベクトルＸＸｉｓは、次式で表される。
【００６９】
ＸＸｉｓ＝ＸＸｉｒ−ＶＶｉ（ｉ−１）・（ｔｒ−ｔｓ）
ここで、水中の超音波信号およびエコー信号の伝搬速度をＣとすると、反射時刻ｔｓは、次式で近似できる。
【００７０】
ｔｓ≒ｔｒ−（Ｒｉｒ／Ｃ）
Ｒｉｒは、受信時刻での送受波器１００の中心と単体魚との距離であり、単体魚の絶対静止座標系における座標を（Ｘｉｒ，Ｙｉｒ，Ｚｉｒ）とすると、次式で得られる。なお、座標は、観測ベクトルＸＸｉｒから算出することができる。
【００７１】
【数７】
2015210143.tif 000009
【００７２】
そして、本実施形態を用いることにより、精確に算出された速度ベクトルが用いられるので、観測入射角を精確に算出することができる。
【００７３】
エコー信号解析部１４は、各チャンネルエコー信号から既知の方法を用いて、単体魚の反射強度（ＴＳ）を算出する。反射強度（ＴＳ）と観測入射角との関係は、魚種によって異なることが分かっており、魚種毎に特徴を有する。したがって、エコー信号解析部１４は、算出した反射強度（ＴＳ）と観測入射角との関係を、魚種毎の反射強度（ＴＳ）と観測入射角との関係と比較することで、魚種を判別する。
【００７４】
そして、本実施形態を用いることにより、精確に算出された観測入射角を用いることで、魚種を精確に判別することができる。
【００７５】
図３は、遊泳速度の初期位相特性を示す図である。図３において、横軸は初期位相であり、縦軸は遊泳速度である。横軸に示すように、位相が変化するということは、揺動が生じている状態において単一の位相で超音波信号を送信したことと同意になる。すなわち、横軸は揺動量に相当し、揺動がある場合には横軸の位置によって揺動量が異なることを意味する。また、図３に示す実線は、本願発明の構成を用いた場合を示し、点線は比較例の場合を示し、破線は参照例の場合を示す。比較例は、揺動があっても揺動補正を行っていない場合であり、参照例は、揺動が無く揺動補正も行っていない場合である。
【００７６】
図３に示すように、比較例では、揺動量の違いによって遊泳速度が変化してしまう。しかしながら、本実施形態の構成を用いることで、揺動が生じても、遊泳速度が一定であり、揺動が無い場合と略同じ値を得ることができる。
【００７７】
図４は、観測入射角の初期位相特性を示す図である。図４において、横軸は初期位相であり、縦軸は観測入射角である。図４の横軸は図３の横軸と同じである。また、図４に示す実線は、本願発明の構成を用いた場合を示し、点線は比較例の場合を示し、破線は参照例の場合を示す。比較例は、揺動があっても揺動補正を行っていない場合であり、参照例は、揺動が無く揺動補正も行っていない場合である。
【００７８】
図４に示すように、比較例では、揺動量の違いによって観測入射角が変化してしまう。しかしながら、本実施形態の構成を用いることで、揺動が生じても、観測入射角が一定であり、揺動が無い場合と略同じ値を得ることができる。
【００７９】
なお、上述の説明では、観測ベクトル、速度ベクトル、観測入射角の算出に関する処理を姿勢検出部２０およびエコー信号解析部１４で実行する例を示したが、この解析処理をプログラム化して記憶しておき、当該解析処理のプログラムをコンピュータ等の演算器で読み出して、実行するようにしてもよい。
【００８０】
この場合、次に示すフローチャートにしたがって、観測処理を行えばよい。図５は、本発明の実施形態に係る観測処理のフローチャートである。
【００８１】
まず、水中探知装置１０は、超音波信号を送信して、そのエコー信号をチャンネル毎に取得する（Ｓ１０１）。
【００８２】
次に、水中探知装置１０は、各チャンネルエコー信号から相対座標系（船舶９０の船体座標系）による観測ベクトルｘｘｉｒを算出する（Ｓ１０２）。この処理は、ＰＩＮＧすなわち超音波信号の送信毎に行われる。
【００８３】
次に、水中探知装置１０は、観測ベクトルｘｘｉｒを算出した受信時刻での姿勢角を取得し、座標変換行列Ａｉｒを決定する（Ｓ１０３）。
【００８４】
次に、水中探知装置１０は、相対座標系による観測ベクトルｘｘｉｒを、座標変換行列Ａｉｒで座標変換し、絶対静止座標系による観測ベクトルＸＸｉｒを算出する（Ｓ１０４）。
【００８５】
次に、水中探知装置１０は、複数の時刻における観測ベクトルＸＸｉｒ，ＸＸ（ｉ−１）ｒを用いて速度ベクトルＶＶｉ（ｉ−１）ｒを算出する（Ｓ１０５）。
【００８６】
次に、水中探知装置１０は、観測ベクトルＸＸｉｒと速度ベクトルＶＶｉ（ｉ−１）ｒを用いて、観測入射角Θｉを算出する（Ｓ１０６）。
【００８７】
なお、上述の説明では、水中の単体魚を探知対象物標とする例を示したが、探知信号である超音波信号を送信する送受波器が揺動する環境であり、当該環境内に存在する物標、特に移動する物標を用いる場合にも、上述の構成を適用でき、同様の作用効果を得ることができる。
【００８８】
また、上述の説明では、時間軸上で隣り合うＰＩＮＧを用いる例を示したが、これに限らず、異なるＰＩＮＧの観測ベクトルから速度ベクトルを算出し、観測入射角を算出してもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０：水中探知装置
１１：演算処理部
１２：送信制御部
１３：受信部
１４：エコー信号解析部
１５：表示制御部
１２１，１２２，１２３，１２４：送受切替器
１００：送受波器
２０：姿勢検出部
２１１，２１２：アンテナ
２２：センサ
２３：姿勢演算部
３０：表示器
【図１】
2015210143.tif 000010
【図２】
2015210143.tif 000011
【図３】
2015210143.tif 000012
【図４】
2015210143.tif 000013
【図５】
2015210143.tif 000014