(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信するための送受波器と、
前記送受波器から超音波を送信させる処理を行う送信手段と、
前記送受波器において超音波を受信させる処理を行う受信手段と、
前記送受波器において受信される超音波に基づくターゲットの情報を表示するための表示器と、
前記表示器に前記ターゲットの情報を表示させる処理を行う表示手段と、
前記送信手段および前記受信手段を介して任意の方位において前記送受波器で超音波が実際に送受信される実俯角と、所望の設定俯角および該設定俯角とは別途に設定した前記設定俯角の許容範囲とを一致させる処理を行うとともに、前記表示手段を介して、前記表示器に表示させるべき前記ターゲットの情報のうち、前記実俯角が前記設定俯角および前記許容範囲に一致する方位の範囲における情報のみを更新させる処理を前記表示手段に行わせ、さらに、前記表示手段にて情報の更新を行わせた前記方位の範囲とは異なる範囲となるように、次の超音波の送受信において、前記送受波器から送受信される超音波の傾角と方位とを求める演算手段と、
を有することを特徴とする水中探知装置。
【請求項２】
請求項１記載の水中探知装置において、
前記演算手段は、前記方位の範囲が連続的に回転するように、前記送受波器で送受信される前記超音波の傾角を制御する処理を行うことを特徴とする水中探知装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の水中探知装置において、
前記送受波器の動揺角を検出するための動揺角検出手段を備え、
前記演算手段は、前記動揺角検出手段で検出された前記動揺角に基づいて、前記方位の範囲を求める処理を行うことを特徴とする水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中探知装置に関し、詳細には、全ての方位において、所望の設定俯角方向にあるターゲットの探知および探知されたターゲットの情報の表示を確実に行うことが可能な水中探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中にあるターゲットの位置等を探知し、このターゲットの位置等の情報を表示器の画面上に表示するように構成された探知装置は、振動子が、例えば、円筒状に配されて構成された送受波器を備えており、この送受波器においては、所定の俯角方向に沿って超音波が送受信される。
【０００３】
ところで、探知装置が搭載された、例えば、船舶に動揺が生じている場合には、送受波器から実際に超音波が送受信される方向と前記所定の俯角方向とが一致しない状態が生じ、このような場合、探知しようとするものとは異なるターゲットの情報が表示器の画面上に表示されてしまうといった不都合が生じる。
【０００４】
このような不都合を回避するための技術（第１の従来技術）が、例えば、実開昭６２−９７９７８号公報に開示されている。
【０００５】
この第１の従来技術に係るスキャニングソーナは、船舶に動揺が生じている場合に、探知しようとするターゲットが位置する特定の方位においてのみ、送受波器で超音波が送受信される方向を俯角方向と一致させる処理を行うように構成されている。
【０００６】
しかしながら、このように構成されたスキャニングソーナにおいては、前記特定の方位以外の方位、特に、該特定の方位の反対側の方位においては、超音波の送受信方向が俯角方向から一層偏ってしまうという問題が生じる。従って、探知しようとするターゲットが複数の方位にある場合には、これらターゲットの探知および探知されたターゲットの情報の表示を確実に行うことができないおそれがある。
【０００７】
また、上記の不都合を回避するための技術（第２の従来技術）が、例えば、実開昭５５−１０５１７１号公報に開示されている。
【０００８】
この第２の従来技術に係る水中物体探知装置は、送受波器を構成する各振動子毎に受信制御用および送信制御用の制御回路を設け、これら制御回路において、全ての方位における超音波の送受信方向を俯角方向と一致させる処理を行うように構成されている。
【０００９】
しかしながら、このように構成された水中物体探知装置においては、送受波器を構成する振動子の数だけ送受信制御用の制御回路が設けられているため、必然的に装置の規模が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、構成が簡素で、しかも、全ての方位において、所望の設定俯角方向にあるターゲットの探知および探知されたターゲットの情報の表示を確実に行うことが可能な水中探知装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明では、水中探知装置を構成する演算手段は、送信手段および受信手段を介して任意の方位において送受波器で超音波が実際に送受信される実俯角と、所望の設定俯角および該設定俯角とは別途に設定した前記設定俯角の許容範囲とを一致させる処理を行うとともに、表示手段を介して、表示器に表示させるべきターゲットの情報のうち、前記実俯角が前記設定俯角および前記許容範囲に一致する方位の範囲における情報のみを更新させる処理を前記表示手段に行わせ、さらに、前記表示手段にて情報の更新を行わせた前記方位の範囲とは異なる範囲となるように、次の超音波の送受信において、前記送受波器から送受信される超音波の傾角と方位とを求めるように構成されている（請求項１記載の発明）。
【００１２】
また、演算手段は、前記方位の範囲が連続的に回転するように、前記送受波器で送受信される前記超音波の傾角を制御する処理を行うように構成されている（請求項２記載の発明）。
【００１３】
このように構成することによって、設定俯角方向にあるターゲットの探知および探知されたターゲットの情報の表示を確実に行うことができる。
【００１４】
この場合、演算手段は、動揺角検出手段で検出された前記送受波器の動揺角に基づいて、前記方位の範囲を求める処理を行う（請求項３記載の発明）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された水中探知装置１０の構成を示している。
【００１７】
水中探知装置１０は、超音波を送受信するための送受波器１２を備えている。この送受波器１２は、圧電素子や磁歪素子等の振動子を円筒状に配して構成されている。なお、振動子を平面多角形状に配置し、送受波器１２を多角柱状に構成するようにしてもよい。
【００１８】
図２は、水中探知装置１０を構成する送受波器１２から、超音波が水中に向けて送信されている状態を概略的に示している。なお、図２中、細線ｕは、送受波器１２を通る鉛直線を示し、細線ｖは、送受波器１２を通る水平面（図中、２点鎖線で示す。）に沿った線（水平線）を示している。
【００１９】
水中探知装置１０は、例えば、船舶Ｓに搭載されており、送受波器１２は、この船舶Ｓの、例えば、船底に取り付けられている。
【００２０】
送受波器１２からは、水中に向けて、所定の俯角（設定俯角とも記す。）θａ方向（図２中、１点鎖線で示す。）に超音波が送信され、また、ターゲットＴに反射して帰来する超音波（反射エコー）が該送受波器１２によって受信される。この場合、後述するように、送受波器１２から送信される超音波は、傘状に広がりながら水中を進行する。
【００２１】
図３および図４は、船舶Ｓと座標系（後述する水平面座標系および送受波器座標系）との関係を示している。
【００２２】
図３に示すように、船舶Ｓに動揺、すなわち、ローリング（横揺れ）やピッチング（縦揺れ）が生じていない状態（基準状態）において、水平面に平行するとともに、送受波器１２を通って船尾から船首に向かう方向をＸ０方向とし、前記送受波器１２を通って左舷から右舷に向かう方向をＹ０方向とする。また、送受波器１２を通る鉛直下向き方向をＺ０方向とする。この場合、送受波器１２の位置を原点ＯとするＸ０軸、Ｙ０軸およびＺ０軸によって、水平面を基準とした座標系（水平面座標系）が構成される。なお、船舶Ｓのロール角Ｒは、Ｘ０軸を中心とした回転角度であり、ピッチ角Ｐは、Ｙ０軸を中心とした回転角度である。
【００２３】
図４に示すように、船舶Ｓにローリングやピッチングが生じている状態（非基準状態）、すなわち、水平面座標系を構成するＸ０軸、Ｙ０軸およびＺ０軸が、Ｘ０軸を中心としてロール角Ｒだけ回転され、また、Ｙ０軸を中心としてピッチ角Ｐだけ回転されている状態においては、前記水平面座標系におけるＸ０方向、Ｙ０方向およびＺ０方向は、それぞれ、図中、Ｘ１方向、Ｙ１方向およびＺ１方向に移動（回転）している。この場合、送受波器１２の位置を原点ＯとするＸ１軸、Ｙ１軸およびＺ１軸によって、船舶Ｓ（すなわち、送受波器１２）を基準とした座標系（送受波器座標系）が構成される。
【００２４】
図５は、水平面座標系および送受波器座標系における任意の位置の座標を示している。また、図６は、船舶Ｓが基準状態である場合（図中、実線で示す。）と、非基準状態である場合（図中、破線で示す。）のそれぞれについて、設定俯角θａと傾角θｂとの関係を示し、図７は、前記基準状態および非基準状態において、送受波器１２から送信される超音波の平面形状を示している。さらに、図８は、船舶Ｓが基準状態である場合（図中、実線で示す。）と、非基準状態である場合（図中、破線で示す。）のそれぞれについて、設定俯角θａと傾角θｂと実俯角θｃとの関係を示し、図９は、前記基準状態および非基準状態において、送受波器１２から送信される超音波の平面形状を示している。
【００２５】
図５に示すように、水平面座標系において、設定俯角θａがθａ０であり、方位βａ｛Ｚ０軸を中心とし、Ｘ０方向を基準（０°）とした回転方向｝がβａ０であり、かつ、原点Ｏからの距離ｒがｒ０である位置Ａを想定する。
【００２６】
図６および図７に実線で示すように、船舶Ｓが基準状態である場合に、送受波器１２から超音波を送受信する角度（傾角）θｂが設定俯角θａと一致する（すなわち、θａ＝θｂ＝θａ０となる）ように設定した場合、前記位置ＡにあるターゲットＴ１は水中探知装置１０によって探知可能である。
【００２７】
しかしながら、図６および図７に破線で示すように、船舶Ｓが非基準状態である場合には、前記傾角θｂをθｂ＝θａ０に設定すると、送受波器１２における超音波の送受信方向が前記位置ＡにあるターゲットＴ１からずれてしまう。すなわち、水中探知装置１０は、図６中、位置Ａ′にあるターゲットＴ２を探知してしまい、位置ＡにあるターゲットＴ１を探知することができなくなる。
【００２８】
ここで、図５に示すように、位置Ａの水平面座標系における座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とした場合、該位置Ａの送受波器座標系における座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）は、次の（１）式で求められる。
【００２９】
【数１】
0004450453.tif 000002
【００３０】
この場合、送受波器座標系における位置Ａに対する傾角θｂの値θｂ０は、次の（２）式で表される。
【００３１】
0004450453.tif 000003
すなわち、船舶Ｓにロール角Ｒおよびピッチ角Ｐの動揺が生じている場合における、方位βａおよび設定俯角θａで定められる任意の位置に対応する傾角θｂは、次の（３）式で求められる。
【００３２】
0004450453.tif 000004
図８および図９に破線で示すように、送受波器１２で超音波を送受信すべき傾角θｂを前記（２）式で求められた値θｂ０に設定することによって、非基準状態においても、方位βａ０で実際に超音波が送受信される俯角（実俯角）θｃが設定俯角θａと一致し（θｃ＝θａ＝θａ０）、水中探知装置１０によるターゲットＴ１の探知を行うことが可能となる。
【００３３】
ここで、送受波器座標系において、傾角θｂがθｂ０であり、方位βａ｛Ｚ１軸を中心とし、Ｘ１方向を基準（０°）とした回転方向｝がβａ１であり、かつ、原点Ｏからの距離ｒがｒ０である位置Ｂを想定する（図８中では、理解を容易にするために、位置Ａと位置Ｂを同一平面上の位置として表している。また、送受波器座標系における方位と水平面座標系における方位とが同じであるものとして、同じ符号βａを付している。）。すなわち、この位置Ｂは、Ｚ１軸を中心として前記位置Ａを方位βａ０から方位βａ１まで回転させた位置である。
【００３４】
位置Ｂの送受波器座標系における座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、次の（４）式で求められる。
【００３５】
【数２】
0004450453.tif 000005
【００３６】
これを水平面座標系に変換した座標（ｘ３，ｙ３，ｚ３）は、次の（５）式で求められる。
【００３７】
【数３】
0004450453.tif 000006
【００３８】
この場合、位置Ｂの水平面座標系における実俯角θｃの値θｃ０は、次の（６）式で求められる。
【００３９】
0004450453.tif 000007
すなわち、船舶Ｓにロール角Ｒおよびピッチ角Ｐの動揺が生じている場合における、方位βａおよび傾角θｂで定められる任意の位置に対応する実俯角θｃは、次の（７）式で求められる。
【００４０】
0004450453.tif 000008
前記（６）式で求められる実俯角θｃの値θｃ０はθｃ０≠θａ０であり、実俯角θｃは設定俯角θａとは一致しない。従って、方位βａ１においては、設定俯角θａがθａ＝θａ０の方向にあるターゲットＴ３を水中探知装置１０によって探知することができない。
【００４１】
ところで、図２に示すように、送受波器１２から送信される超音波は所定の幅を有している。この幅は、超音波の強度レベルの減少量が、例えば、３ｄＢ以下である領域として定めることができ、この領域は、例えば、図２中に実線で示すように、設定俯角θａに所定値Δθ（例えば、５°）が加減算された２つの方向（θａ±Δθ）に挟まれた領域である。すなわち、水中探知装置１０は、この領域に含まれるターゲットＴを探知することができる。この場合、前記所定値Δθは、設定俯角θａの許容範囲（設定俯角θａであると見なすことのできる範囲）を表している。なお、超音波の幅は、実俯角θｃ方向においても同様に定められる。
【００４２】
図１０および図１１は、前記（７）式に基づいて求められた実俯角θｃと方位βａとの関係を示している。ここでは、ピッチ角Ｐおよびロール角Ｒは、それぞれ、Ｐ＝ｉ１（例えば、１０°）、Ｒ＝ｉ２（例えば、０°）であり、また、設定俯角θａは、θａ＝θａ１（例えば、３０°）とされている。なお、図１０および図１１中、２本の破線は、超音波の幅（θｃ±Δθ）を表している。
【００４３】
図１０に示すように、方位βａが０°であるときの実俯角θｃを設定俯角θａと一致させようとする場合、このときの傾角θｂの値θｂ１（＝２０°）は、前記（７）式にθｃ＝θａ＝θａ１、βａ＝０°、Ｐ＝ｉ１、Ｒ＝ｉ２を代入することによって得られる。また、傾角θｂの値がθｂ１である場合において、実俯角θｃが設定俯角θａの許容範囲（θａ±Δθ）に含まれる（実俯角θｃと設定俯角θａとがほぼ一致する）方位βａの範囲（有効範囲）γ（＝γ１）は、βａ＝ｊ１（＝−５７°）〜ｊ２（＝＋５７°）である（図１２参照）。これらｊ１およびｊ２の値は、前記（７）式にθｃ＝θａ±Δθ＝θａ１±Δθ、Ｐ＝ｉ１、Ｒ＝ｉ２、θｂ＝θｂ１を代入することによって得られる。
【００４４】
この有効範囲γは、傾角θｂの値を変化させることによって連続的に移動（回転）する。例えば、図１１に示すように、方位βａの有効範囲γ（＝γ２）を有効範囲γ（＝γ１）と連続するようにβａ＝ｊ２（＝＋５７°）〜ｊ３（＝＋１１７°）とするためには、傾角θｂをθｂ２（＝３０°）に設定すればよい（図１２参照）。このような傾角θｂの値θｂ２は、前記（７）式にθｃ＝θａ＋Δθ＝θａ１＋Δθ、Ｐ＝ｉ１、Ｒ＝ｉ２、βａ＝ｊ２を代入することによって得られる。この有効範囲γ（＝γ２）において、実俯角θｃと設定俯角θａとが一致する方位βａの値βａ２は＋９２°である。
【００４５】
この場合、後述するように、図１に示す水中探知装置１０においては、前記方位βａの有効範囲γをγ＝γ１、γ２・・・と順に移動させ（図１２参照）、この有効範囲γに含まれる反射エコーのみを所望の設定俯角θａにおけるターゲットＴからの反射エコーとして処理することによって、船舶Ｓに動揺が生じている場合にも、ターゲットＴの探知を正確に行うことができる。
【００４６】
なお、船舶Ｓに生じている動揺角（ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ）が小さい場合には、前記有効範囲γの幅は広くなり、一方、動揺角が大きい場合には、前記有効範囲γの幅は狭くなる。すなわち、有効範囲γの幅は、船舶Ｓの動揺角に応じて動的に変化することとなる。
【００４７】
図１に示すように、水中探知装置１０は制御回路１４を有しており、この制御回路１４には、演算回路（演算手段）１６が設けられている。演算回路１６は、中央処理装置としてのＣＰＵと、システムプログラムやアプリケーションプログラム等が記憶される記憶手段であるＲＯＭと、作業用等として使用される記憶手段であるＲＡＭと、計時用のタイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース等が含まれるマイクロコンピュータにより構成されている。
【００４８】
また、水中探知装置１０は、演算回路１６からの指示に基づいて、送受波器１２から超音波を送信させる処理を行うための送信系（送信手段）として、送信傾角制御回路２０および送信回路２２を有している。
【００４９】
演算回路１６は、送受波器１２から超音波を送信させようとする周期（送信周期）に相当するタイミングで送信指示パルスｐを生成し、この送信指示パルスｐを送信傾角制御回路２０に供給する。また、演算回路１６は、後述するように、俯角設定器１８からの設定俯角θａ、並びに動揺角検出器（動揺角検出手段）１９からのロール角Ｒおよびピッチ角Ｐに基づいて傾角θｂを求め、これを送信傾角制御回路２０に供給する。
【００５０】
送信傾角制御回路２０は、演算回路１６から供給される傾角θｂに基づいて、送受波器１２の各段に供給すべき信号（後述する送信信号Ｓａ）の位相差δを求める。そして、この位相差δおよび演算回路１６からの送信指示パルスｐに基づいて、送受波器１２の各段毎に位相差δをもったバースト信号ｂを生成し、これを送信回路２２に供給する。送信回路２２は、送信傾角制御回路２０からのバースト信号ｂを増幅して送信信号Ｓａを生成し、この送信信号Ｓａを送受切換回路３０を介して送受波器１２に供給する。この送信信号Ｓａの供給に伴って、送受波器１２を構成する各振動子が駆動されて、実俯角θｃ方向に超音波が送信される。この場合、超音波は、傘状に広がりながら水中を進行していく。
【００５１】
また、水中探知装置１０は、演算回路１６からの指示に基づいて、送受波器１２において超音波を受信させる処理を行うための受信系（受信手段）として、受信傾角制御回路４０、垂直ビーム合成回路４２、水平ビーム合成回路４４、水平ビーム切換回路４６、受信アンプ４８およびＡ／Ｄ変換器５０を有している。
【００５２】
ターゲットＴに反射して帰来する超音波が送受波器１２によって受信されると、該送受波器１２からの受信信号Ｓｂ１が送受切換回路３０を介して垂直ビーム合成回路４２に供給される。
【００５３】
また、受信傾角制御回路４０は、演算回路１６からの傾角θｂに基づいて、位相補正量を制御するための制御信号Ｓｂ２を垂直ビーム合成回路４２に対して出力する。
【００５４】
垂直ビーム合成回路４２は、受信傾角制御回路４０からの制御信号Ｓｂ２に基づいて、受信信号Ｓｂ１に含まれる送受波器１２の各段の振動子からの信号のうち、実俯角θｃ方向からの信号が同位相となるように信号の位相を補正する。
【００５５】
さらに、垂直ビーム合成回路４２は、受信信号Ｓｂ１に含まれる同じ方位βａを向いた振動子からの信号を加算して複数の垂直合成信号Ｓｂ３を生成し、これらを水平ビーム合成回路４４に供給する。
【００５６】
すなわち、垂直ビーム合成回路４２は、信号の位相を制御するための回路（例えば、ミキサ等の周波数変換回路）と、信号を加算合成するための回路とを有している。
【００５７】
水平ビーム合成回路４４は、垂直ビーム合成回路４２からの複数の垂直合成信号Ｓｂ３に基づいて、送受波器１２において水平方向に高い指向性を有する（すなわち、送受波器１２において狭い受信ビームを形成する）複数の水平合成信号Ｓｂ４を生成し、これらを水平ビーム切換回路４６に供給する。
【００５８】
水平ビーム切換回路４６は、水平ビーム合成回路４４からの複数の水平合成信号Ｓｂ４を順次選択して（切り換えて）、時系列信号として受信アンプ４８に供給する。このように、水平合成信号Ｓｂ４を順次切り換えることによって、送受波器１２における受信ビームの指向方向が切り換えられる。すなわち、超音波の送信方向（実俯角θｃ方向）に沿って、反射エコーが高速にスキャン（走査）される。
【００５９】
受信アンプ４８に供給された水平合成信号Ｓｂ４は、該受信アンプ４８において増幅された後にＡ／Ｄ変換器５０に供給され、該Ａ／Ｄ変換器５０においてデジタルのデータ（受信データ）Ｄｂに変換される。そして、この受信データＤｂは、後述する表示用メモリ６６に供給される。
【００６０】
また、水中探知装置１０は、演算回路１６からの指示に基づいて、探知したターゲットＴの情報を後述する表示器９０の画面上に表示させる処理を行うための表示系（表示手段）として、書込制御回路６０、書込アドレス作成回路６２、読出アドレス作成回路６４、表示用メモリ６６およびＤ／Ａ変換器６８を有している。
【００６１】
表示用メモリ６６には、Ａ／Ｄ変換器５０からの受信データＤｂが、各方位βａおよび距離ｒ毎に記録される。この場合、表示用メモリ６６におけるアドレスは、前記方位βａおよび距離ｒに対応しており、受信データＤｂを書き込むべきアドレスは、書込アドレス作成回路６２からの書込アドレスデータＤａによって指示される。書込アドレス作成回路６２は、演算回路１６から送信指示パルスｐが出力されてからの経過時間を、例えば、クロックパルスｐｃに基づいて計算することにより、前記アドレスを求めている。
【００６２】
また、表示用メモリ６６は、書込制御回路６０から書込指示パルスｐｗが供給されている間だけ、受信データＤｂを記録する処理を行う。
【００６３】
図１３は、書込制御回路６０の構成を示している。
【００６４】
書込制御回路６０は、書込開始方位比較回路７０、書込終了方位比較回路７２、方位カウンタ７４、フリップフロップ７６およびゲート（ＡＮＤゲート）７８を有している。
【００６５】
方位カウンタ７４は、演算回路１６の図示しないタイマから供給されるクロックパルスｐｃを計数することによって、各受信データＤｂに対応する、送受波器１２における受信ビームが指向している方位βａを得る。これは、受信データＤｂが、方位βａを基準とした時系列的な配列を成していることに基づく。この方位カウンタ７４において得られた方位βａは、書込開始方位比較回路７０および書込終了方位比較回路７２に供給される。
【００６６】
また、書込開始方位比較回路７０には、演算回路１６から書込開始方位βｃ１が供給され、一方、書込終了方位比較回路７２には、演算回路１６から書込終了方位βｃ２が供給される。これら書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２は、方位βａに基づいて時系列的に並べられている受信データＤｂのうち、表示用メモリ６６に書き込むべき受信データＤｂが含まれる方位βａの範囲（有効範囲）γを決定するためのものであり、後述するように、演算回路１６において、俯角設定器１８から供給される設定俯角θａ、動揺角検出器１９から供給される船舶Ｓのロール角Ｒおよびピッチ角Ｐ、並びに許容誤差設定器８２から供給される所定値（超音波の幅を定めるための所定値）Δθに基づいて求められる。
【００６７】
前記動揺角検出器１９は、例えば、振り子がＸ１軸およびＹ１軸を中心として回転するジンバル機構に取り付けられたポテンショメータとして構成されている。また、この動揺角検出器１９を加速度センサを備えた装置として構成し、前記加速度センサで検出された加速度を積分することによってロール角Ｒおよびピッチ角Ｐを得るようにしてもよい。
【００６８】
また、俯角設定器１８および許容誤差設定器８２は、それぞれ、設定俯角θａおよび所定値Δθを入力するための可変抵抗器、スイッチ、キーボード等の入力装置として構成されている。
【００６９】
書込開始方位比較回路７０は、方位カウンタ７４からの方位βａと、演算回路１６からの書込開始方位βｃ１とを比較し、これら方位βａおよび書込開始方位βｃ１が一致した時点にフリップフロップ７６に対してセットパルスｐｓを出力する。
【００７０】
書込終了方位比較回路７２は、方位カウンタ７４からの方位βａと、演算回路１６からの書込終了方位βｃ２とを比較し、これら方位βａおよび書込終了方位βｃ２が一致した時点にフリップフロップ７６に対してリセットパルスｐｒを出力する。
【００７１】
フリップフロップ７６は、書込開始方位比較回路７０からセットパルスｐｓが入力された時点から、書込終了方位比較回路７２からリセットパルスｐｒが入力された時点までの期間だけ、ゲート７８に対してゲートパルスｐｇを出力する。
【００７２】
ゲート７８には、演算回路１６からのクロックパルスｐｃが供給されており、該ゲート７８は、フリップフロップ７６からゲートパルスｐｇが供給されている期間だけ、表示用メモリ６６に対して前記クロックパルスｐｃに基づく書込指示パルスｐｗを供給する。すなわち、図１に示す表示用メモリ６６においては、有効範囲（設定俯角θａと実俯角θｃとがほぼ一致する範囲）γに含まれる方位βａに対応するアドレスにおいてのみ、受信データＤｂの上書き（更新、書き換え）が行われ、それ以外のアドレスにおいては、受信データＤｂの書き換えは行われない。
【００７３】
この場合、後述するように、表示器９０の画面上においては、前記有効範囲γに含まれる方位βａのターゲットＴに関する情報のみが書き換えられて表示され（更新され）、それ以外の方位βａのターゲットＴに関する情報は書き換えられずにそのまま表示される。
【００７４】
表示用メモリ６６に記録されている受信データＤｂを読み出そうとする際には、読出アドレス作成回路６４からの読出アドレスデータＤｃとして、前記受信データＤｂを読み出すべき表示用メモリ６６上のアドレスが指示される。このアドレスは、後述する表示器９０の画面上における走査点に同期するように設定されている。
【００７５】
表示用メモリ６６から読み出された受信データＤｂは、Ｄ／Ａ変換器６８においてアナログの信号（表示信号）Ｓｄに変換された後に、表示器９０に供給される。
【００７６】
表示器９０は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等の表示デバイスを利用して構成されている（図１には、一例として、ＣＲＴを用いて構成された表示器９０を示している。）。この表示器９０の図示しない画面上には、該画面上における走査点に同期して供給される表示信号Ｓｄに基づいて、ターゲットＴの、例えば、位置（距離ｒおよび方位βａ）を表す画像情報（ターゲットＴに関する情報とも記す。）が、例えば、ＰＰＩ表示方式によって表示される。
【００７７】
次に、水中探知装置１０の演算回路１６における、主に、傾角θｂおよび有効範囲γ（すなわち、書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２）を求めるための処理について、図１４のフローチャートをも参照して説明する。
【００７８】
水中探知装置１０を操作する者（操作者）が、俯角設定器１８に対して、送受波器１２において超音波を送受信させようとする俯角である設定俯角θａを入力すると、この設定俯角θａは、ステップＳ１１において、演算回路１６に供給される。
【００７９】
また、操作者が、許容誤差設定器８２に対して、前記設定俯角θａの幅（許容範囲）を決定する所定値Δθを入力すると、この所定値Δθは、ステップＳ１２において、演算回路１６に供給される。
【００８０】
なお、所定値Δθは、送受波器１２からターゲットＴまでの距離ｒに基づいて決定することが好ましい。具体的には、距離ｒが長い場合には、送受波器１２において超音波が送信されてから受信されるまでの期間が長くなるため、その期間内に船舶Ｓの動揺角（ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ）が変化することを考慮して、所定値Δθを小さな値に設定する。この場合、所定値Δθは、該所定値Δθと、前記期間内における動揺角の変化量の最大値とを加算した値が、船舶Ｓが基準状態であるときに許容し得る所定値Δθの最大値（超音波の強度レベルの減少量が、例えば、３ｄＢとなる所定値Δθの値）とほぼ同じ値となるように設定することが好ましい。
【００８１】
逆に、距離ｒが短い場合には、送受波器１２において超音波が送信されてから受信されるまでの時間が短くなるため、その間に船舶Ｓの動揺角があまり変化しない（ほぼ一定である）ことを考慮して、所定値Δθを大きな値（例えば、前記最大値）に設定する。
【００８２】
なお、所定値Δθは、予め演算回路１６にプリセットしておくようにしてもよい。
【００８３】
次に、動揺角検出器１９において、船舶Ｓに生じている動揺角の大きさ、すなわち、ロール角Ｒおよびピッチ角Ｐが検出されると、これらロール角Ｒおよびピッチ角Ｐは、ステップＳ１３において、演算回路１６に供給される。
【００８４】
演算回路１６は、続くステップＳ１４において、前記設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐおよび方位βａ（デフォルト値は、例えば、０°である。）を前記（３）式に代入する処理を行うことによって、この方位βａにおいて実俯角θｃを設定俯角θａに一致させるための傾角θｂを求める。
【００８５】
次に、演算回路１６は、ステップＳ１５において、前記（７）式中、θｃをθｃ＝θａ±Δθと置き換えた上で、該（７）式に設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ、所定値Δθおよび前記ステップＳ１４または後述するステップＳ２０で得られた傾角θｂを代入する処理を行う。この処理によって、演算回路１６では、方位βａの有効範囲γを定める書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２が得られる。
【００８６】
なお、前記ステップＳ１５においては、書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２を演算回路１６における演算処理によって求めるようにしているが、これら書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２をルックアップテーブルに基づいて求めるようにしてもよい。この場合、ルックアップテーブルは、例えば、設定俯角θａ、所定値Δθ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ、傾角θｂ、書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２等の関係を記録したテーブルとして構成される。
【００８７】
演算回路１６は、ステップＳ１６において、これら書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２を、それぞれ、書込制御回路６０の書込開始方位比較回路７０および書込終了方位比較回路７２に対して出力する。書込制御回路６０においては、これら書込開始方位βｃ１および書込終了方位βｃ２に基づいて、表示用メモリ６６に対する書き込みアドレスの制御（書込指示パルスｐｗの供給）が行われる。なお、この書き込みアドレスの制御は、後述するステップＳ１７において送受波器１２から送信される超音波の反射エコーに対応する受信データＤｂに対して行われる。
【００８８】
演算回路１６からの書込終了方位βｃ２はラッチ９２にも供給され、後述するように、このラッチ９２から再び演算回路１６に供給される。なお、演算回路１６がＣＰＵ、ＲＡＭ等によって構成されている場合には、書込終了方位βｃ２を前記ＲＡＭに記憶しておくようにしてもよい。この場合、ラッチ９２を設けずに制御回路１４を構成することができる。
【００８９】
次に演算回路１６は、ステップＳ１７において、前記ステップＳ１４で求められた傾角θｂを送信傾角制御回路２０に対して出力する。この場合、送受波器１２からは、前記傾角θｂ方向に超音波が送信される。
【００９０】
また、前記ステップＳ１７において、演算回路１６からの傾角θｂが受信傾角制御回路４０に供給されると、受信傾角制御回路４０は前記傾角θｂに基づく制御信号Ｓｂ２を垂直ビーム合成回路４２に対して出力する。
【００９１】
前記ステップＳ１７で送信された超音波の反射エコーが送受波器１２によって受信され、この反射エコーに基づく受信信号Ｓｂ１が垂直ビーム合成回路４２に供給されると、該垂直ビーム合成回路４２は、受信傾角制御回路４０からの制御信号Ｓｂ２に基づいて、受信信号Ｓｂ１に含まれる送受波器１２の各段の振動子からの信号のうち、前記傾角θｂ方向からの信号が同位相となるように制御する。すなわち、反射エコーの受信角度の制御が行われる。
【００９２】
演算回路１６からの傾角θｂはラッチ９４にも供給され、後述するように、このラッチ９４から再び演算回路１６に供給される。なお、演算回路１６がＣＰＵ、ＲＡＭ等によって構成されている場合には、傾角θｂを前記ＲＡＭに記憶しておくようにしてもよい。この場合、ラッチ９４を設けずに制御回路１４を構成することができる。
【００９３】
ステップＳ１８において、ラッチ９２、９４から演算回路１６に対して、それぞれ、書込終了方位βｃ２および傾角θｂが供給される。
【００９４】
続いて、動揺角検出器１９によるロール角Ｒおよびピッチ角Ｐの検出が行われる。そして、これらロール角Ｒおよびピッチ角Ｐは、ステップＳ１９において演算回路１６に入力される。
【００９５】
演算回路１６は、次のステップＳ２０において、まず、前記（７）式中、θｃをθｃ＝θａ±Δθ、または、θｃ＝θａと置き換え、この（７）式に設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐおよび所定値Δθの値を代入する処理を行う。そして、この（７）式中、傾角θｂおよび方位βａの値を、それぞれ、前記ステップＳ１８においてラッチ９２、９４から供給された傾角θｂおよび書込終了方位βｃ２の値から所定値ずつ変化させることによって、次の有効範囲γにおける書込開始方位βｃ１を前記書込終了方位βｃ２（現在の有効範囲γにおける書込終了方位βｃ２）と一致またはほぼ一致させることが可能な傾角θｂおよび方位（次の有効範囲γの基準となる方位）βａの値を特定する。
【００９６】
なお、このステップＳ２０においては、設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ、所定値Δθ、傾角θｂ（前回の傾角θｂ）および書込終了方位βｃ２等に基づいてルックアップテーブルを検索することによって、次の有効範囲γの基準となる傾角θｂおよび方位βａを得るようにしてもよい。このルックアップテーブルは、例えば、前記（７）式から得られた設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ、所定値Δθ、前回の傾角θｂ、書込終了方位βｃ２、次回の傾角θｂおよび方位βａ等の関係を記録したテーブルとして構成される。
【００９７】
また、このステップＳ２０においては、前記（７）式を変形することによって得られる数式に、設定俯角θａ、ロール角Ｒ、ピッチ角Ｐ、所定値Δθおよび書込終了方位βｃ２等の変数を代入することによって傾角θｂおよび方位βａを得るようにしてもよい。
【００９８】
このステップＳ２０の処理の後、前記ステップＳ１５の処理に戻り、ステップＳ１５〜Ｓ２０の処理が繰り返し行われる。これによって、方位βａの有効範囲γが回転され、全ての方位βａにおいて、設定俯角θａにおけるターゲットＴの探知および探知されたターゲットＴの情報の表示が行われる。
【００９９】
このように、この発明の一実施の形態が適用された水中探知装置１０においては、実俯角θｃと設定俯角θａとがほぼ一致する方位βａの範囲である有効範囲γを求め、この有効範囲γに含まれる方位βａからの反射エコーのみを前記設定俯角θａにおけるターゲットＴからの反射エコーと判断するようにしている。そして、表示器９０の画面上においては、ターゲットＴの情報のうち、前記有効範囲γに対応するターゲットＴの情報のみが更新される。このため、船舶Ｓに動揺が生じている場合であっても、表示器９０の画面上には、設定俯角θａ方向にあるターゲットＴの情報のみが表示される。従って、船舶Ｓの動揺に伴う画面のちらつき、ぶれ等の発生が回避される。
【０１００】
また、前記水中探知装置１０においては、有効範囲γを連続的に回転させるようにしているため、全ての方位βａにおいて、設定俯角θａ方向にあるターゲットＴの探知および探知されたターゲットＴの情報の表示を行うことができる。
【０１０１】
【発明の効果】
この発明に係る水中探知装置においては、表示器の画面上に表示させるべきターゲットの情報のうち、実俯角と設定俯角とがほぼ一致する方位にあるターゲットの情報のみを更新するようにしている。このため、設定俯角方向にあるターゲットの探知および探知されたターゲットの情報の表示を確実に行うことができ、しかも、構成が簡素な水中探知装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された水中探知装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の水中探知装置を構成する送受波器から超音波が水中に向けて送信されている状態を概略的に示す説明図である。
【図３】水平面座標系を示す説明図である。
【図４】送受波器座標系を示す説明図である。
【図５】図３の水平面座標系および図４の送受波器座標系における任意の位置の座標を示す説明図である。
【図６】設定俯角と傾角との関係を示す説明図である。
【図７】図６の設定俯角と傾角で送信される超音波の平面形状を示す説明図である。
【図８】設定俯角と傾角と実俯角の関係を示す説明図である。
【図９】図８の設定俯角と傾角で送信される超音波の平面形状を示す説明図である。
【図１０】実俯角と方位の関係を示す説明図である。
【図１１】実俯角と方位の関係を示す説明図である。
【図１２】方位と有効範囲の関係を示す説明図である。
【図１３】図１の水中探知装置を構成する書込制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１の水中探知装置を構成する演算回路における、主に、傾角および有効範囲を求めるための処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…水中探知装置            １２…送受波器
１６…演算回路                １８…俯角設定器
１９…動揺角検出器            ２０…送信傾角制御回路
２２…送信回路                ３０…送受切換回路
４０…受信傾角制御回路        ４２…垂直ビーム合成回路
４４…水平ビーム合成回路      ４６…水平ビーム切換回路
６０…書込制御回路            ６２…書込アドレス作成回路
６４…読出アドレス作成回路    ６６…表示用メモリ
７０…書込開始方位比較回路    ７２…書込終了方位比較回路
７４…方位カウンタ            ７６…フリップフロップ
７８…ゲート                  ８２…許容誤差設定器
９０…表示器
【図１】
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【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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