(57)【要約】【課題】水平・垂直複合モードなどのように複数の送信ビームを連続して形成しても、その送信ビームに対して得られる探知画像の感度差を低減することを目的とする。【解決手段】本発明における水中探知装置は、ビームの送受信により水中の探知を行う水中探知装置において、送信周波数の異なるＮ個の送信ビームを順次送波する振動子と、前記振動子を駆動するための送信信号を増幅する送信アンプと、前記送信アンプが前記送信信号を増幅するために要する電力を蓄えるコンデンサと、前記Ｎ個の送信ビームの送信周波数に対応した周波数成分毎に受信信号を抽出するフィルタと、最初の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧と第Ｍ番目の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧とに基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正する利得補正部とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2008058040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームの送受信により水中の探知を行う水中探知装置において、
送信周波数の異なるＮ個（Ｎは自然数）の送信ビームを順次送波する振動子と、
前記振動子を駆動するための送信信号を増幅する送信アンプと、
前記送信アンプが前記送信信号を増幅するために要する電力を蓄えるコンデンサと、
前記Ｎ個の送信ビームの送信周波数に対応した周波数成分毎に受信信号を抽出するフィルタと、
最初の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧と第Ｍ番目（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧とに基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正する利得補正部とを備えることを特徴とする水中探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中探知装置において、
前記利得補正手段は、最初の送信ビームの送波開始時における前記コンデンサの電圧と第Ｍ番目の送信ビームの送波開始時における前記コンデンサの電圧の比に基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正することを特徴とする水中探知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水中探知装置において、
前記利得補正手段は、最初の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの平均電圧と第Ｍ番目の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの平均電圧の比に基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正することを特徴とする水中探知装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の水中探知装置において、
前記振動子は、前記送信周波数の異なるＮ個の送信ビームを垂直方向及び水平方向へ送波することを特徴とする水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送受信によって水中等を探知するスキャニングソナーなどの水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中の物標を探知するためにスキャニングソナーが用いられている。スキャニングソナーにおいて、図１に示すように、所定ティルト角で全周囲方向に探知を行う水平モードと、ティルト角を大きくして、略垂直方向の扇形の断面を探知する垂直モードとが存在する。水平モードは、主に自船周囲の所定範囲内の物標を探知する場合に用いられ、垂直モードは、主に自船の略真下方向の所定幅に広がる範囲内の物標を探知する場合に用いられる。
【０００３】
この水平モードと垂直モードは探知目的に応じて、通常いずれかのモードが設定される。しかし、自船周囲の探知と共に自船の真下方向の探知をも同時に行いたい場合がある。そのような要求のために、単一の表示画面内に水平モードの探知画像と、垂直モードの探知画像を同時に表示する水平・垂直複合モードというモードがある。特許文献１及び特許文献２には、水平・垂直複合モードを実現するための水中探知装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０２３７０
【特許文献２】特開２００４−３４７３１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水平・垂直複合モードを実現するため、水中探知装置では、水平方向へ向ける第１の送信ビームと、垂直方向へ向ける第２の送信ビームを形成する。また、この二つの送信ビームから探知したもののタイムラグを無くすため、これらの送信間隔はできるだけ短くすることが要される。しかしながら送信間隔を短くすると、コンデンサの電圧などが第１の送信ビームを形成後の状態で、第２の送信ビームは形成される。コンデンサの電圧は送信ビームを形成するために低下するので、第２の送信ビームは第１の送信ビームよりも低い出力となってしまう。そして、このような送信ビームに対して同物標からのエコーを受信しても、それらの受信強度は異なったものとなってしまう。これは、物標を画像表示するときに感度差が生じる原因となり、各モードにおける画像表示において対応する物標を視認しにくいなど、ユーザーなどにとって利便性に欠けるものとなる。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、水平・垂直複合モードなどのように複数の送信ビームを連続して形成しても、その送信ビームに対して得られる探知画像の感度差を低減することを目的とする。延いては、ユーザーにとって利便性の高い水中探知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明における水中探知装置は、ビームの送受信により水中の探知を行う水中探知装置において、送信周波数の異なるＮ個（Ｎは自然数）の送信ビームを順次送波する振動子と、前記振動子を駆動するための送信信号を増幅する送信アンプと、前記送信アンプが前記送信信号を増幅するために要する電力を蓄えるコンデンサと、前記Ｎ個の送信ビームの送信周波数に対応した周波数成分毎に受信信号を抽出するフィルタと、最初の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧と第Ｍ番目（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの電圧とに基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正する利得補正部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
さらに、前述の水中探知装置において、前記利得補正手段は、最初の送信ビームの送波開始時における前記コンデンサの電圧と第Ｍ番目の送信ビームの送波開始時における前記コンデンサの電圧の比に基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正することを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記利得補正手段は、最初の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの平均電圧と第Ｍ番目の送信ビームを送波する際の前記コンデンサの平均電圧の比に基づいて、該第Ｍ番目の送信ビームに対応する受信信号の利得を補正することを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記振動子は、前記送信周波数の異なるＮ個の送信ビームを垂直方向及び水平方向へ送波することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水平・垂直複合モードなどのように複数の送信ビームを連続して形成しても、その送信ビームに対して得られる探知画像の感度差を低減することができる。これにより、ユーザーにとって利便性の高い水中探知装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における水中探知装置１００について図２を参照しながら説明する。なお、図２は、本発明の実施の形態１による水中探知装置１００の構成の一例を示す図である。
【００１２】
水中探知装置１００は、電圧監視部１と利得補正部２と、送信電源１０とコンデンサ１１と送信アンプ１２と、受信アンプ２０と第一フィルタ２１と第一アンプ２２と第二フィルタ２３と第二アンプ２４と、送受波部３０と送受切替部３１とから構成されている。
【００１３】
送信電源１０はコンデンサ１１に電力を供給する。コンデンサ１１は、送信電源１０より供給された電力を蓄える。この時、送信電源１０がコンデンサ１１に供給する単位時間当たりの電力を小さくすることにより、送信電源１０自体の大きさを小さくすることができる。そのため、水中探知装置１００の大きさを小さくするためには、送信電源１０が供給する単位時間当たりの電力を小さくすることが好ましい。コンデンサ１１に蓄えられた電力は、送信ビームを形成するために使用される。
【００１４】
送信アンプ１２は、送受波部３０に具備されている各振動子を駆動させるための駆動波形（送信信号）を増幅する。送信アンプ１２で増幅された送信信号は、送受切替部３１を介して送受波部３０に具備されている振動子を駆動し、水中に超音波信号（送信ビーム）が送波される。
【００１５】
以下、図３を用いて送信ビーム形成期間における水中探知装置１００の動作について説明する。図３は、２種類の送信ビームを連続して送信するときの送信信号、コンデンサ１１の蓄積電力、及び送信ビームの関係を示す図であり、図３（ａ）が送信信号、図３（ｂ）がコンデンサ１１の蓄積電力、図３（ｃ）が送信ビームを示す。なお、横軸は時間を表し、縦軸は図３（ａ）及び（ｂ）が振幅を、図３（ｃ）が電圧値を表す。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、２種類の送信ビームを連続して送信しようとする場合、２種類の周波数（ｆ１及びｆ２）を有する送信信号が形成される。例えば、水平・垂直複合モードを実現する場合には、一方の周波数ｆ１（例えば２３ｋＨｚ）の送信信号に基づいて形成された送信ビームを自船の周囲方向の探知を行う水平モード用に使用し、他方の周波数ｆ２（例えば２５ｋＨｚ）の送信信号に基づいて形成された送信ビームを自船の真下方向の探知を行う垂直モード用に使用する。
【００１７】
周波数ｆ１の送信信号が送信アンプ１２に入力されると、送信アンプ１２は、コンデンサ１１に蓄積された電力を用いて送信信号を増幅する。この増幅された送信信号により送受波部３０に具備された振動子が駆動され、図３（ｃ）に示すような周波数ｆ１の送信ビームが水中に送波される。この時、コンデンサ１１の電圧は、図３（ｂ）に示すようにＶ１からＶ２に低下する（図３のＡＢ間）。
【００１８】
続いて、周波数ｆ２の送信信号が送信アンプ１２に入力されると、送信アンプ１２は、コンデンサ１１に蓄積された残りの電力を用いて送信信号を増幅する。この増幅された送信信号により送受波部３０に具備された振動子が駆動され、図３（ｃ）に示すような周波数ｆ２の送信ビームが水中に送波される。この時（ｔ＝Ｃ）、コンデンサ１１の電圧は、周波数ｆ１とｆ２の送信信号の送波間隔が極めて短いため、電圧低下後のＶ２と略同じである。そのため、図３（ｃ）に示すように、周波数ｆ２の送信ビームの振幅は、周波数ｆ１の送信ビームの振幅に比べ、小さいものになっている。
【００１９】
ここで、図４に送信ビームを形成したとき（図４のＡＤ間）のコンデンサ１１の電圧の変位を詳細に示す。図４に示すように、第１送信の開始時（ｔ＝Ａ）までコンデンサ１１の電圧はＶ１で保たれている。このＶ１はコンデンサ１１の容量に等しい。そして、第１送信の終了時（ｔ＝Ｂ）においてコンデンサ１１の電圧はＶ２’まで低下する。続いて、第２送信の開始時（ｔ＝Ｃ）までに、送信電源１０から電力がコンデンサ１１に蓄えられることによって電圧はＶ２まで上昇する。そして、第２送信の終了時（ｔ＝Ｄ）においてコンデンサ１１の電圧はＶ３まで低下する。
【００２０】
このように、周波数ｆ１の送信ビームの送波後、周波数ｆ２の送信ビームの送波まで（図４のＢＣ間）に、送信電源１０から電力がコンデンサ１１に蓄えられることによって電圧は上昇する。しかしながら、送信電源１０の容量が小さいこと及びＢＣ間が短時間であることから該電圧の上昇分は無視してもよい（Ｖ２’＝Ｖ２）。
【００２１】
次に、受信ビーム形成期間における水中探知装置１００の動作について説明する。送信ビームを形成するために低下したコンデンサ１１の電圧は、図３（ｂ）に示すように受信ビーム形成期間（ＤＦ間）において上昇する。ＥＦ間において、コンデンサ１１の電圧は一定となるが、このＥ点をＦ点に近づけることができるほど、電圧の上昇を緩やかに構成することができる。つまり、送信電源１０の容量を小さく構成することができ、延いては水中探知装置の大きさを小さくすることができる。
【００２２】
送受波部３０は、受信ビーム形成期間に送信ビームのエコーを受信するための受信ビームを形成する。この受信ビームは、所定の指向角でもって形成され、その照射方位は順次回転される。このように順次、全方位に亘って探知を行うことで、物標などの存在する方位を特定することが出来る。
【００２３】
送受切替部３１は、送信ビーム形成期間に、送信アンプ１２から出力された送信信号を送受波部３０に導く。また、受信ビーム形成期間に、送受波部３０から出力された受信信号を受信アンプ２０に導く。
【００２４】
第一フィルタ２１及び第二フィルタ２３は、受信アンプ２０で増幅された受信信号を所望の周波数成分に分離する。第一フィルタ２１は、周波数ｆ１以外の帯域をノイズ成分として除去する。したがって、周波数ｆ１で形成された送信ビームに対応したエコーのみを抽出することができ、水平モードを描画するための受信信号を得ることができる。同様に、第二フィルタ２３は、周波数ｆ２以外の帯域をノイズ成分として除去する。したがって、周波数ｆ２で形成された送信ビームに対応するエコーのみを抽出することができ、垂直モードを描画するための受信信号を得ることができる。
【００２５】
第一アンプ２２は、第一フィルタ２１から出力された受信信号を増幅する。この第一アンプ２２により増幅された受信信号は、描画処理が行われ、水平モード用の画像として描画される。
【００２６】
第二アンプ２４は、第一フィルタ２１から出力された受信信号を、後述する利得補正部２からの補正係数に基づいて増幅する。この第二アンプ２４により増幅された受信信号は、描画処理が行われ、垂直モード用の画像として描画される。
【００２７】
電圧監視部１は図３（ｂ）に示すコンデンサ１１の電圧の変位を監視する。そして、電圧監視部１は、周波数ｆ１及び周波数ｆ２の送信ビームを形成する際のコンデンサ１１の電圧値（送信電圧）を利得補正部２に出力する。
【００２８】
利得補正部２は、電圧監視部１が監視するコンデンサ１１の電圧を基に、第二アンプ２４の利得を補正する。具体的には、周波数ｆ１の送信ビームと周波数ｆ２の送信ビームの送波開始時のコンデンサ１１の電圧の比を補正係数とする。つまり、第二アンプ２４の利得に図３（ｂ）に示すＶ１／Ｖ２から算出される値を乗算する。したがって、第一アンプ２２の利得をＧ１とすると、第二アンプ２４の補正後の利得Ｇ２は、Ｇ２＝Ｇ１×（Ｖ１／Ｖ２）となる。これにより、各送信ビームの送信周波数に基づいて抽出された受信信号の利得は、その送信電圧の大きさに起因して異なることがなくなる。
【００２９】
また、利得補正部２が行う補正には、周波数ｆ１の送信ビームと周波数ｆ２の送信ビームを送波する際に変位するコンデンサ１１の電圧の平均値の比を補正係数としてもよい。つまり、図３（ｂ）に示すＡＢ間とＣＤ間の時間が等しいとき、第二アンプ２４の利得に（Ｖ１＋Ｖ２）／（Ｖ２＋Ｖ３）から算出される値を乗算してもよい。
【００３０】
さらに、利得補正部２が行う補正には、周波数ｆ１の送信ビームと周波数ｆ２の送信ビームの送波直後のコンデンサ１１の電圧の平均値の比を補正係数としてもよい。つまり、第二アンプ２４の利得に図３（ｂ）に示すＶ２／Ｖ３から算出される値を乗算してもよい。
【００３１】
さらに、利得補正部２が行う補正には、周波数ｆ１の送信ビームと周波数ｆ２の送信ビームを送波する際に変位するコンデンサ１１の電圧をその各送信時間で積分した値の比を補正係数としてもよい。つまり、図４示すａｂｃｄで囲まれる面積とｅｆｇｈで囲まれる面積との比であってもよい。この面積比を用いることで、補正係数を送信ビームの送信パワーの比に近づけることができ、より探知画像における感度差を低減することができる。
【００３２】
なお、Ｖ１／Ｖ２などの補正係数が毎回の送信ビーム形成期間において等しいとき、電圧監視部１により電圧を監視することなく、利得補正部２は予め設定しておいた所定の補正値を用いることができる。例えば、図５に示すように電圧監視部１の代わりにテーブル３を用いることができる。
【００３３】
テーブル３は利得補正部２が第二アンプ２４の補正すべき利得の情報を有している。この情報は、例えば、送信ビームの送信周波数及び探知レンジと、それらに対応する補正係数から構成されるマトリックスである。ここで、送信周波数が異なれば、増幅される送信信号の利得が異なるため、送信信号を増幅するのに要する電力が異なる。また、探知レンジが異なれば、送信信号の送信時間が異なるため同様に、要する電力が異なる。特に、探知レンジはユーザーが任意に変更することができるが、予め用意されたこのようなマトリックスを用いることで、適切な利得の補正を行うことができる。
【００３４】
以上のような構成により、各送信信号に対応する電圧に基づいて、該送信信号に対応する受信信号の利得を補正でき、同物標を映像表示させるときに発生する感度誤差を改善することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における水中探知装置２００について図７を参照しながら説明する。なお、図７は、本発明の実施の形態２による水中探知装置２００の構成の一例を示す図である。また、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
【００３６】
実施の形態１では、垂直モードと水平モードの２つのモードについて探知を行う水中探知装置１００について説明したが、本発明は、水平モードだけにおいて、ティルト角の異なった複数の断面について同時に探知を行う場合にも同様に適用できる。
【００３７】
例えば、図６は、ティルト角の異なった３つの横方向の送信ビームを同時に送波した例を示している。これら３つの送信ビームＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、送信周波数及び探知レンジが異なっており、受信ビームの形成時に、３つの送信ビームＨ１，Ｈ２，Ｈ３の送信周波数に対応した周波数成分をそれぞれ受信信号として抽出する。
【００３８】
第一フィルタ２１及び第二フィルタ２３及び第三フィルタ２５は、受信アンプ２０で増幅された受信信号を所望の周波数成分に分離する。第一フィルタ２１は、送信ビームＨ１の送信周波数以外の帯域をノイズ成分として除去し、水平モード１を描画するための受信信号を得る。同様に、第二フィルタ２３及び第三フィルタ２５は、それぞれ送信ビームＨ２及び送信ビームＨ３の送信周波数以外の帯域をノイズ成分として除去し、水平モード２及び水平モード３を描画するための受信信号を得る。
【００３９】
第一アンプ２２は、第一フィルタ２１から出力された受信信号を増幅する。この第一アンプ２２により増幅された受信信号は、描画処理が行われ、水平モード１（Ｈ１）用の画像として描画される。
【００４０】
第二アンプ２４及び第三アンプ２６は、それぞれ第二フィルタ２３及び第三フィルタ２５から出力された受信信号を、利得補正部２からの補正係数に基づいて増幅する。この第二アンプ２４及び第三アンプ２６により増幅された受信信号は、それぞれ描画処理が行われ、水平モード２（Ｈ２）用及び水平モード３（Ｈ３）用の画像として描画される。
【００４１】
電圧監視部４はコンデンサ１１の電圧の変位を監視する。そして、電圧監視部４は、送信ビームＨ１，Ｈ２，Ｈ３を送波する際のコンデンサ１１の電圧値（送信電圧）を利得補正部２に出力する。
【００４２】
利得補正部５は、電圧監視部４が監視するコンデンサ１１の電圧を基に、第二アンプ２４及び第三アンプ２６の利得を補正する。具体的には、第二アンプ２４の利得に送信ビームＨ１と送信ビームＨ２の各送波開始時のコンデンサ１１の電圧の比を乗算する。また、第三アンプ２６の利得に送信ビームＨ１と送信ビームＨ３の各送波開始時のコンデンサ１１の電圧の比を乗算する。これにより、各送信ビームの送信周波数に基づいて抽出された受信信号の利得は、その送信電圧の大きさに起因して異なることがなくなる。
【００４３】
なお、方位角の異なった複数の縦方向の送信ビームを形成した場合、方位角の異なった複数の縦方向の送信ビーム及びティルト角の異なった複数の横方向の送信ビームを形成した場合なども上述の例と同様に適用できる。また、実施の形態１及び２において、第１の送信ビームから得られる利得を基準にし第２以降の送信ビームから得られる利得を補正したが、どの送信ビームを基準にしても本発明の特徴は失われない。
【００４４】
さらに、以上の例は、ある広がりをもった送信ビーム内を受信ビームで走査することにより、送信ビームによる断面内の探知画像を得る場合について示したが、本発明は、このような探知画像の形成のための超音波信号の送受信に限らない。例えば、潮流測定用超音波信号の送受信や、魚群探知用超音波信号の送受信を、スキャニングソナーとしての探知動作と並行して行う場合にも有効である。すなわち、潮流測定用超音波信号の送受信や、魚群探知用超音波信号の送受信と、スキャニングソナー方式の探知のための送受信とを、超音波信号の周波数を異なったものとすることにより、これらを同時に行うようにしてもよい。
【００４５】
なお、例えば、ネットゾンデやネットレコーダなどの他の超音波信号送信装置からの信号を受信する場合に、物標探知のための送受信信号の周波数を、上記超音波信号送信装置から送信される信号の周波数とは変えておくことにより、干渉なしに探知を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】水中探知装置における探知領域を表す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１による水中探知装置の構成を表す図である。
【図３】水中探知装置における送信信号とコンデンサの電圧を表す図である。
【図４】水中探知装置におけるコンデンサの電圧を表す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による水中探知装置の構成を表す図である。
【図６】水中探知装置における探知領域を表す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態２による水中探知装置の受信信号の処理構成を表す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    電圧監視部
２    利得補正部
３    テーブル
４    電圧監視部
５    利得補正部
１０    送信電源
１１    コンデンサ
１２    送信アンプ
２０    受信アンプ
２１    第一フィルタ
２２    第一アンプ
２３    第二フィルタ
２４    第二アンプ
２５    第三フィルタ
２６    第三アンプ
３０    送受切替部
３１    送受波部
１００    水中探知装置
２００    水中探知装置
【図１】
2008058040.tif 000003
【図２】
2008058040.tif 000004
【図３】
2008058040.tif 000005
【図４】
2008058040.tif 000006
【図５】
2008058040.tif 000007
【図６】
2008058040.tif 000008
【図７】
2008058040.tif 000009