(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に放射した超音波パルスのエコーを聴取するための聴音方法において、
エコーの受信信号に対して第１および第２の混合回路にて互いに異なる周波数の発振信号を用いてそれぞれ混合し、この混合により生じた差周波数又は和周波数の信号を選出し、次いで差周波数又は和周波数の両信号を相互に乗算し、この乗算により生じた差周波数又は和周波数の信号を選出し、エコー信号の周波数ｆ１を含まない可聴音信号として供することを特徴とするエコー聴音方法。
【請求項２】
水中に放射した超音波パルスのエコーを聴取するための聴音装置において、
エコーの受信信号に周波数ｆ３の発振信号を混合し、この混合により生じた和周波数または差周波数の信号をフィルタ回路(７)にて選出し、更に前記受信信号に周波数ｆ４の発振信号を混合し、この混合により生じた差周波数又は和周波数の信号をフィルタ回路(７')にて選出し、差周波数又は和周波数の両信号を相互に乗算し、この乗算により生じた差周波数又は和周波数の信号(Ｆａ)を、エコー信号の周波数ｆ１を含まないように選出することにより、ドップラー周波数偏移を排除したことを特徴とするエコー聴音装置。
【請求項３】
上記差周波数又は和周波数の信号(Ｆａ)が可聴周波数帯域となるよう、発振周波数ｆ３およびｆ４を選定する請求項２記載のエコー聴音装置。
【請求項４】
水中に放射した超音波パルスのエコーを聴取するための聴音装置において、
エコーの受信信号に周波数ｆ３の発振信号を混合し、この混合により生じた差周波数又は和周波数の信号をフィルタ回路(７)にて選出し、更に前記受信信号に周波数ｆ４の発振信号を混合し、この混合により生じた差周波数又は和周波数の信号をフィルタ回路(７')にて選出し、差周波又は和周波数の両信号を相互に乗算し、この乗算により生じた差周波数又は和周波数の信号(Ｆａ)をフィルタ回路(１２)にてエコー信号の周波数ｆ１を含まない可聴音信号として選出することを特徴とするエコー聴音装置。
【請求項５】
上記フィルタ回路(１２)の出力側に振幅値の平方根をとる平方根回路(１３)を備える請求項４記載のエコー聴音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に超音波パルスを送波し、それの反射信号(エコー)から水中探知を行う水中探知装置において、エコーを聴取するための聴音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターゲットよりの反射信号は、そのターゲットが魚群、海底等の種類によって振幅が微妙に変化しており、その振幅の変化を聞き分けることでターゲットの種類を、聴音によっても識別可能となる。
【０００３】
数十ＫＨｚ以上もの高い周波数のエコーを人間の耳で聞き取るため従来は、エコー信号と、そのエコー信号より可聴周波だけ低い(もしくは高い)発振周波数信号とを混合して、その時に生じた差周波信号(ビート信号)を可聴波信号として得ていた。
【０００４】
この方式では、探査用超音波信号の周波数を高くすると、それに応じてドップラー効果による周波数の偏移量が大きくなるためにビート信号の周波数が０になったり、可聴周波数帯域の上限から外れてしまうという不都合があった。
【０００５】
そこで本出願人は「水中探知機における聴音装置」(特公昭57-25784号)において、前記周波数の変化量を圧縮することで前述の不具合を回避している。図１にその制御ブロック図を示す。
送受波器１は、送信器２で作成された周波数ｆ０の超音波パルス信号を超音波にして水中に放射し、周波数ｆ１に変化したエコーを受波する。この送受波器１は、一定のチルト角（水平方向となす角度）で設けられており、不図示のモータの駆動により、所定のピッチ角で全周囲方向に旋回することで自船を中心とした全周囲を探査する(サーチライトソナー)。受波したエコー信号は受信器３に供給され、そこで増幅された受信信号(ａ)は、表示器４に送出され水中情報が表示される一方、混合回路５に供給される。この混合回路５において、受信信号に、局部発振器６より供給される周波数ｆ２の発振信号が混合され、和周波数(ｆ１＋ｆ２)の信号と、差周波数(ｆ１−ｆ２)の信号とが生じる。フィルタ回路７は、差周波数(ｆ1−ｆ2＝Δｆ)のみの信号を通過させ、次の整形回路８において振幅値が一定レベル以下にクリップされ、そして分周回路９において差周波数Δｆが１／Ｎに分周され、周波数ｆａの信号(ｂ)に変換(つまり圧縮)される。この周波数ｆａが可聴波周波となるように、局部発振器６での発振周波数ｆ２や分周回路８での分周比１／Ｎが設定される。
【０００６】
前述の受信信号(ａ)は検波回路１０にも供給されて包絡線検波が行われる。その検波信号(ｃ)は、乗算回路１１に入力され、ここで分周回路９よりの可聴波信号(ｂ)が乗算されることにより、可聴波信号(ｂ)の振幅値が包絡線波形に沿って変化する信号(ｄ)が得られる。この信号(ｄ)は増幅器１４を通じてスピーカ１５に供給されることにより、エコー信号を聴取することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにエコー信号は、ターゲットによって振幅が微妙に変化しており、その振幅の微妙な変化を聴音で聞き分けることでターゲットの種類を識別できたが、エコー信号(ａ)を検波してしまうと、ヒゲ状の信号などは検波の際の平均化によって吸収され、振幅の微妙な変化が失われてしまうため、聴音によるターゲットの種類判定が困難になるという欠点があった。
【０００８】
従って本発明は、ドップラー効果による周波数偏移の影響を全く受けることなく、微妙に変化する振幅の情報を忠実に再生できるエコー聴音装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
受信信号にドップー効果による周波数偏移Δｆが含まれていると、第１の周波数変換回路(混合回路および局部発振器)により、周波数変換を行っても、変換後の信号に周波数偏移Δｆが含まれる。そこで、前記受信信号を別の第２の周波数変換回路(混合回路および局部発振器(発振周波数は第１のものと異なる))においても周波数変換を行い、両周波数変換回路で得られた信号から差周波数の信号を抽出すれば、周波数偏移Δｆが相殺され、ドップー効果による周波数偏移Δｆの影響が排除される(請求項２)。
【００１０】
前記の差周波数を可聴周波帯域とすれば、その信号を検波することなく、聴音として聞くことができる(請求項３)。
【００１１】
請求項２および請求項３の要素を具備し、かつ、請求項２における“差周波の信号(Ｆａ)を採用する”手段としてフィルタ回路(１２)を用いたエコー聴音装置を請求項４にて請求している。
【００１２】
信号の乗算により、２乗された振幅信号を、平方根回路(１４)に通すことにより、聴音の振幅変化を直線特性に戻している(請求項５)。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の１実施形態を示した制御ブロック図であり、図１と共通する要素に対しては共通の符号を付している。５'〜７'は、５〜７と同一のものであるが、局部発振器６、６'の発振周波数はそれぞれｆ３、ｆ４となっている。乗算回路１１は、フィルタ回路７および７'の出力を相互に乗算し、フィルタ回路１２は、乗算回路１１で得られた和周波数の信号および差周波数の信号の中から差周波数の信号を通過させ、平方根回路１３に供給する。この平方根回路１２では、信号の乗算により２乗された振幅信号を元に戻すことにより、聴音の振幅変化を直線特性に戻しており、この後、増幅器１４へ供給する。
【００１４】
受信器３より出力される周波数ｆ１の受信信号(ａ)は、表示器４に送出されて水中情報が表示される一方、混合回路５、５'に供給される。混合回路５においては、受信信号(ａ)に、局部発振器６より供給される周波数ｆ３の発振信号が混合され、これにより、和周波数(ｆ１＋ｆ３)の信号と、差周波数(ｆ１−ｆ３＝Ｆ１)の信号とが生じる。同様に混合回路５'においては、受信信号(ａ)に、局部発振器６'より供給される周波数ｆ４の発振信号が混合され、和周波数(ｆ１＋ｆ４)の信号と、差周波数(ｆ１−ｆ４＝Ｆ２)の信号とが生じる。フィルタ回路７、７'は、それぞれ差周波数Ｆ１、Ｆ２のみの信号(ｅ)、(ｆ)を通過させ、それぞれ乗算回路１１に供給される。ここにおいて各信号(ｅ)、(ｆ)は相互が乗算され、和周波数(Ｆ１＋Ｆ２)の信号と差周波数(Ｆ１−Ｆ２)の信号が生じるが、フィルタ回路１２により、差周波数(Ｆ１−Ｆ２＝Ｆａ)の信号(ｇ)が平方根回路１３に送出される。従ってこの周波数Ｆａが可聴波帯域の周波数となるように、局部発振器６，６'での発振周波数ｆ３、ｆ４を選定する。
【００１５】
ここで、Ｆ１−Ｆ２＝(ｆ１−ｆ３)−(ｆ１−ｆ４)＝ｆ４−ｆ３＝Ｆａ
でわかるように、可聴波信号(ｇ)の周波数Ｆａには、ドップラー効果による周波数変化を受けているエコー信号の周波数ｆ１の値が含まれておらず、つまり、ドップラー効果による周波数偏移が排除されていることになる。
【００１６】
例えば、送信周波数ｆ０が１５０ＫＨｚのとき、
ｆ３＝１４０ＫＨｚ
ｆ４＝１４１ＫＨｚ
とする。
ここでドップラー周波数偏移が無いときは、ｆ１＝１５０ＫＨｚであるため、Ｆ１＝１０ＫＨｚ、Ｆ２＝９ＫＨｚ、Ｆａ＝１ＫＨｚとなり、一方、ドップラー周波数偏移により、ｆ１＝１５１ＫＨｚのときは、Ｆ１＝１１ＫＨｚ、Ｆ２＝１０ＫＨｚ、Ｆａ＝１ＫＨｚとなる。
【００１７】
このようにフィルタ回路１４の通過周波数(Ｆａ)が一定となるため、このフィルタ回路１４を狭帯域特性にすることができ、これにより、不要なノイズをこのフィルタ回路１４でカットでき、Ｓ／Ｎ比が向上する。尚、フィルタ回路７、フィルタ回路７'の通過周波数(図１の場合も同様)は、受信信号の周波数ｆ１に応じて変化するため、帯域特性をある程度広くしておく必要がある。これらのフィルタ回路にアナログデバイスを用いれば、パラメータの変更により、帯域特性は随意に変更できる。
【００１８】
上記の実施形態では本発明のエコー聴音装置をサーチライトソナーに適用したが、例えばスキャニングソナーに対しても適用可能である。このスキャニングソナーとは、図３に示すように、船底に取り付けた送受波器１'(拡大図にあるように、超音波振動子を円筒体に配列してある)より海底に向け、全方位方向に超音波を送波し、それによるエコーを送受波器１'で受波する際、図示したような指向角の鋭い受波ビームＲを形成し、その受波ビームをチルト角θに保ちながら旋回(水平スキャン)すれば、受波ビームＲは円錐体表面Ｕに沿ってスキャンする装置をいい、これにより、円錐体表面上に位置していた魚群等よりのエコーを近い物から順に検出することができる。
【００１９】
但しこのスキャニングソナーにおいては、全周囲方向よりのエコーを同時に聴音に変換しても識別困難であるため、随意に設定した特定方向よりのエコーに対してのみを聴音に変換するとよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、受信信号に対して第１および第２の周波数変換回路においてそれぞれ周波数変換を行い、両変換後の差周波数の信号(ｅ)(ｆ)に対して更に差周波数の信号(ｇ)を求めたので、周波数変換後の差周波数の信号(ｅ)(ｆ)にそれぞれ含まれていた、ドプラー周波数偏移の値が相殺されるため、ドップー周波数偏移の影響を完全に排除できる。
前記の差周波数(ｇ)を可聴周波帯域とすれば、その信号は検波することなく、聴音として直接に聞くことができ、微妙な振幅変化の情報をも忠実に再生することができる。
上記の差周波数の信号(ｇ)を得るためのフィルタ回路(１４)は、通過周波数帯域が一定でよいために狭帯域特性のものを使用でき、これにより、不要な雑音を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の水中探知装置に採用されていた聴音装置の制御ブロック図
【図２】  本発明を採用した水中探知装置の制御ブロック図
【図３】  本発明を採用したスキャニングソナーの制御ブロック図
【符号の説明】
１、１’  送受波器
２  送信器
３  受信器
４  表示器
５  混合回路
６  局部発振器
７、１２  フィルタ回路
１１  乗算回路
１２  増幅器
１３  平方根回路
１４  増幅器
１５  スピーカ
【図１】
0003955677.tif 000002
【図２】
0003955677.tif 000003
【図３】
0003955677.tif 000004