(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に向けて超音波を送信する送信手段と、
ターゲットに反射して帰来する反射エコーを受信する受信手段と、
前記反射エコーの周波数を検出し、この周波数に基づいて、水深方向の複数の層における潮流の流速を求める流速演算手段と、
前記流速の深度による微分値を前記流速の水深方向における変化量として求める流速変化量演算手段と、
前記流速および前記微分値に対する平均化処理を行う平均処理手段と、
を有することを特徴とする潮目探知機。
【請求項２】
請求項１記載の潮目探知機において、
前記平均化処理後の前記流速および前記微分値を表示する表示手段をさらに有することを特徴とする潮目探知機。
【請求項３】
請求項２記載の潮目探知機において、
前記表示手段は、前記微分値を輝度によって表すことを特徴とする潮目探知機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、潮流の潮目を探知して表示するための潮目探知機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、巻網漁法等を用いた漁労に際しては、水深方向の潮流の流速を探知し、これを表示機の画面上に表示する潮流探知機を用いて潮流の状態を確認するようにしている。これは、水中の各層における潮流の流速が大きく異なる場合には、破網等が生じてしまうおそれがあるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の潮流探知機においては、潮流の流速を画面上に表示するようにしているため、潮目（流速が異なる潮流の層の境目）の位置を容易には確認することができなかった。
【０００４】
この発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、潮目の位置を容易に確認することが可能な潮目探知機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る潮目探知機は、水中に向けて超音波を送信する送信手段と、ターゲットに反射して帰来する反射エコーを受信する受信手段と、前記反射エコーの周波数を検出し、この周波数に基づいて、水深方向の複数の層における潮流の流速を求める流速演算手段と、前記流速の深度による微分値を前記流速の水深方向における変化量として求める流速変化量演算手段と、前記流速および前記微分値に対する平均化処理を行う平均処理手段とを有している。
【０００７】
また、前記平均化処理後の前記流速および前記微分値は、表示手段に表示される。
【０００８】
このように構成することによって、潮流の潮目の位置を容易に確認することができる。
【０００９】
また、前記表示手段において、前記微分値を輝度によって表すようにしてもよい。この場合、潮流の潮目の位置を一層容易に確認することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態に係る潮目探知機１０の構成を示しており、図２は、この潮目探知機１０が搭載される船舶ｓを示している。
【００１２】
潮目探知機１０は、水中における潮流の分布を探知するための装置であり、例えば、船舶ｓの船底等に取り付けられた送受波器２０を備えている。この送受波器２０は、圧電素子や磁歪素子等からなる振動子によって構成されており、所定の俯角θ方向に沿って超音波（送信波Ｗｓ、反射エコーＷｒ）を送受信する。なお、船舶ｓは、船速ｖ０で航行しているものとする。
【００１３】
図２に示すように、送受波器２０からの送信波Ｗｓは、水中のほぼ全域に浮遊しているプランクトン、小魚等の浮遊物（ターゲット）ｐに反射して、反射エコーＷｒとして帰来する。この場合、浮遊物ｐは、流速ｖの潮流に乗って移動しているため、反射エコーＷｒの周波数（受信周波数）ｆ１には、送信波Ｗｓの送信周波数ｆ０に対してドップラ偏位Δｆａ（Δｆａ＝ｆ１−ｆ０）が生じている。このドップラ偏位Δｆａは、次の（１）式で求められる。
【００１４】
Δｆａ＝（２×ｆ０×ｖ１×ｃｏｓθ）／Ｃ        …（１）
なお、ｖ１は、船速ｖ０に対する流速ｖの相対船速であり、Ｃは、音速（約１５００ｍ／ｓ）である。
【００１５】
すなわち、超音波の送信周波数ｆ０および受信周波数ｆ１の値を得ることによって、前記（１）式より、船舶ｓとターゲットｐとの相対船速ｖ１を求めることができる。また、この相対船速ｖ１と船速ｖ０から、潮流の流速ｖを求めることができる。
【００１６】
船速ｖ０は、水底（海底）ｕからの反射エコーＷｒの周波数（基準周波数）ｆ２に基づいて、前記（１）式の変形によって得られた次の（２）式の計算処理を行うことによって求められる。
【００１７】
Δｆｂ＝（２×ｆ０×ｖ０×ｃｏｓθ）／Ｃ        …（２）
ただし、Δｆｂは、送信周波数ｆ０に対する基準周波数ｆ２のドップラ偏位（Δｆｂ＝ｆ２−ｆ０）である。
【００１８】
なお、船速ｖ０を、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機、または、ＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）受信機によって求めるようにしてもよい。
【００１９】
図３は、船舶ｓから超音波が送受信される方位α（真方位β）を示している。この図３に示すように、送受波器２０からは、複数（例えば、４つ）の方位（船舶ｓを基準とする方位）αｎ（ｎ＝１〜４）に沿って超音波が送受信されている。すなわち、送受波器２０は、４つの送受波器２０（ｎ）（ｎ＝１〜４）を備えた多面式の送受波器ユニットとして構成されており、各送受波器２０（ｎ）の送受波面が、それぞれの方位αｎにおいて俯角θ方向を向くように船舶ｓに取り付けられている。
【００２０】
前記方位αｎの真方位（コンパス方位）βｎ（ｎ＝１〜４）は、既知である前記方位αｎと、船舶ｓの船首方向の真方位（基準真方位）β０とから求めることができる。なお、基準真方位β０は、ジャイロセンサ等によって得ることができる。
【００２１】
潮流の流速ｖは、実際には、各真方位βｎに沿った成分｛流速成分ｖ（βｎ）｝から求められる。
【００２２】
具体的には、まず、各真方位βｎに沿った相対船速ｖ１の成分｛相対船速成分ｖ１（βｎ）｝を前記（１）式の変形によって得られた次の（３）式から求める。
【００２３】
Δｆａ（βｎ）＝｛２×ｆ０×ｖ１（βｎ）×ｃｏｓθ｝／Ｃ    …（３）
ここで、Δｆａ（βｎ）は、各真方位βｎにおける、送信周波数ｆ０に対する受信周波数ｆ１（βｎ）のドップラ偏位であるため、前記（３）式から次の（４）式が得られる。
【００２４】
ｆ１（βｎ）−ｆ０＝｛２×ｆ０×ｖ１（βｎ）×ｃｏｓθ｝／Ｃ…（４）
次に、各真方位βｎに沿った船速ｖ０の成分｛船速成分ｖ０（βｎ）｝を前記（１）式の変形によって得られた次の（５）式から求める。
【００２５】
Δｆｂ（βｎ）＝｛２×ｆ０×ｖ０（βｎ）×ｃｏｓθ｝／Ｃ    …（５）
ここで、Δｆｂ（βｎ）は、各真方位βｎにおける、送信周波数ｆ０に対する基準周波数（海底ｕからの反射エコーＷｒの周波数）ｆ２（βｎ）のドップラ偏位であるため、前記（５）式から次の（６）式が得られる。
【００２６】
ｆ２（βｎ）−ｆ０＝｛２×ｆ０×ｖ０（βｎ）×ｃｏｓθ｝／Ｃ…（６）
そして、各真方位βｎに沿った流速ｖの成分｛流速成分ｖ（βｎ）｝は、相対船速成分ｖ１（βｎ）と船速成分ｖ０（βｎ）から求められる。さらに、流速ｖは、流速成分ｖ（βｎ）をベクトル合成することによって求められる。なお、流速ｖの大きさを｜ｖ｜と記し、流速ｖの向き（方位）を流向γと記す。
【００２７】
図４は、潮流の水深方向の分布を示している。また、図５および図６は、潮流の流速ｖ（大きさ｜ｖ｜および流向γ）を平面的に示している。
【００２８】
潮流は、流速ｖの大きさ｜ｖ｜や流向γが異なる複数の層に分かれている場合が多く、図４に示す例では、上側の層（上層）ａと、下側の層（下層）ｂの２層に分かれている。図５に示すように、上層ａにおける潮流の流速ｖは、ｖａ（大きさ｜ｖａ｜、流向γａ）である。さらに、図６に示すように、下層ｂにおける潮流の流速ｖは、ｖｂ（大きさ｜ｖｂ｜、流向γｂ）である。この場合、上層ａと下層ｂの境界面（図４中、２点差線で示す。）が潮目Ａとなる。
【００２９】
上層ａと下層ｂでは、反射エコーＷｒの受信周波数ｆ１（βｎ）が異なることとなる。すなわち、水深（深度）ｚ方向の複数の層に対して受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）の検出を行い、この受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）に基づいて流速ｖ（ｚ）を求めることによって、流速ｖ（ｚ）の水深方向の分布を得ることができる。
【００３０】
さらに、この流速ｖ（ｚ）（または、その大きさ｜ｖ（ｚ）｜や流向γ）を水深（距離）ｚで微分し、得られた微分値（ｄｖ（ｚ）／ｄｚ）の変化を測定することによって、流速ｖが変化する位置、すなわち、潮目Ａの位置を知ることができる。
【００３１】
図１に示すように、送受波器２０は、送受切換部２２を介して送信部２４および受信部２６と接続されており、さらに、これら送信部２４および受信部２６には、タイミング回路２８が接続されている。なお、送受切換部２２および受信部２６を、各送受波器２０（ｎ）毎に設けるようにしてもよい。この場合、後述する受信電流Ｉｒのサンプリングを並列的に行うことができる。
【００３２】
タイミング回路２８は、所定時間（例えば、１〜数秒）毎にバースト信号Ｓｂを生成し、これを送信部２４および受信部２６に対して出力する。なお、バースト信号Ｓｂのゲート幅（パルス幅）は、例えば、１〜３０ｍｓであり、周波数（送信周波数）ｆ０は、例えば、１０〜３００ｋＨｚ（超音波の周波数帯）である。
【００３３】
送信部２４は、タイミング回路２８からのバースト信号Ｓｂを受けると、このバースト信号Ｓｂを増幅して、送信電流Ｉｓとして出力する。なお、この送信電流Ｉｓの出力（電力）は、例えば、０．１〜１ｋＷである。
【００３４】
送信部２４から出力された送信電流Ｉｓは、送受切換部２２を介して送受波器２０に供給される。この送信電流Ｉｓの供給に伴って、送受波器２０からは、各方位αｎにおける俯角θ方向に送信周波数ｆ０の送信波Ｗｓが送信される。
【００３５】
すなわち、送受波器２０、送受切換部２２、送信部２４およびタイミング回路２８は、潮目探知機１０における送信手段を構成している。
【００３６】
送受波器２０からの送信波Ｗｓは、ターゲットとしての水中の浮遊物ｐに反射して反射エコーＷｒとして帰来し、送受波器２０によって受信される。このとき、送受波器２０からは、この反射エコーＷｒを電気信号に変換して得られた受信電流Ｉｒ（電流値もＩｒと記す。）が出力される。なお、この受信電流Ｉｒの受信周波数ｆ１は、送受波器２０（船舶ｓ）とターゲットｐとの相対速度に比例したドップラ偏位を受けている。
【００３７】
送受波器２０からの受信電流Ｉｒは、送受切換部２２を介して受信部２６に供給される。受信部２６は、この受信電流Ｉｒを所定のサンプリング周期毎に各方位αｎの順に｛すなわち、各送受波器２０（ｎ）からの受信電流Ｉｒの順に｝サンプリングして、受信電流Ｉｒ（αｎ）を得る。なお、サンプリング周期としては、所定の深度（例えば、１０ｍ）毎に複数の層からの反射エコーＷｒをサンプリングすることが可能な値を設定することが好ましい。
【００３８】
また、受信部２６には、設定部３２が接続されており、この設定部３２から指示情報Ｄｄが供給されている。この指示情報Ｄｄには、前記サンプリング周期、サンプリング回数（例えば、３２回）等が含まれている。すなわち、指示情報Ｄｄによって、潮流を探知しようとする深度ｚの最大値および探知しようとする層の数が設定される。
【００３９】
受信部２６は、受信電流Ｉｒ（αｎ）を増幅するとともにデジタルのデータに変換し、電流値Ｉｒ（αｎ）を得る。
【００４０】
また、受信部２６には、タイミング回路２８からのバースト信号Ｓｂが供給されており、受信部２６は、このバースト信号Ｓｂに基づいて、超音波が送信されてから受信されるまでの時間ｔａを特定する。そして、この時間ｔａを電流値Ｉｒ（αｎ）とともに潮流演算部（流速演算手段）３４に供給する。
【００４１】
このように、送受波器２０、送受切換部２２、受信部２６、タイミング回路２８および設定部３２は、潮目探知機１０における受信手段を構成している。
【００４２】
図７は、潮流演算部３４の機能ブロック図である。この図７に示すように、潮流演算部３４は、深度算出手段５０と、真方位算出手段５２と、受信周波数算出手段５４と、相対船速算出手段５８と、船速算出手段６０と、流速算出手段６２とを備えている。
【００４３】
深度算出手段５０は、受信部２６からの時間ｔａに基づいて、この時間ｔａとともに受信部２６から出力された電流値Ｉｒ（αｎ）に対応する反射エコーＷｒが反射した層の深度ｚを算出する。
【００４４】
また、真方位算出手段５２は、図１に示すジャイロセンサ７２からの基準真方位（船舶ｓの船首方向の真方位）β０に基づいて、方位αｎ（船舶ｓを基準とした超音波の送受方位であり、既知である。）を真方位βｎに変換する。
【００４５】
図７に示すように、受信周波数算出手段５４は、受信部２６からの電流値Ｉｒ（αｎ）の周波数を解析（検出）する。そして、深度算出手段５０からの深度ｚおよび真方位算出手段５２からの真方位βｎに基づいて、電流値Ｉｒ（αｎ）の周波数を各真方位βｎおよび各深度ｚに対応する受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）として出力する｛このｆ１（βｎ、ｚ）の特性を図８に示す。｝。
【００４６】
相対船速算出手段５８は、受信周波数算出手段５４からの受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）と、既知である送信波Ｗｓの送信周波数ｆ０とに基づいて、潮流の相対船速成分ｖ１（βｎ、ｚ）を求める。具体的には、まず、前記（４）式中のｆ１（βｎ）、ｖ１（βｎ）をそれぞれｆ１（βｎ、ｚ）、ｖ１（βｎ、ｚ）と置き換える。そして、この（４）式に受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）を代入して計算処理を行うことによって相対船速成分ｖ１（βｎ、ｚ）を求める。この場合、（４）式中の送信周波数ｆ０、俯角θおよび音速Ｃの値は既知である。
【００４７】
船速算出手段６０は、受信周波数算出手段５４からの受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）の変化、または、この受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）に対応する深度ｚに基づいて、各深度ｚ毎に得られた受信周波数ｆ１（βｎ、ｚ）の中から、海底に反射して帰来した反射エコーＷｒに対応するもの｛基準周波数ｆ２（βｎ）｝を抽出する（図８参照）。そして、抽出された基準周波数ｆ２（βｎ）に基づいて前記相対船速算出手段５８と同様の処理を行うことによって、船速成分ｖ０（βｎ）を求める。なお、この船速算出手段６０における処理は、前記（６）式から船速成分ｖ０（βｎ）を求める処理と実質的に同じである。
【００４８】
流速算出手段６２は、相対船速算出手段５８からの相対船速成分ｖ１（βｎ、ｚ）および船速算出手段６０からの船速成分ｖ０（βｎ）に基づいて、各真方位βｎに対応する潮流の流速成分ｖ（βｎ、ｚ）を求める。そして、この流速成分ｖ（βｎ、ｚ）に対してベクトル合成処理を施すことによって、流速の大きさ｜ｖ（ｚ）｜（その特性を図９に示す。）および流向γ（ｚ）（その特性を図１０に示す。）成分を含むベクトルとしての流速ｖ（ｚ）を求める。そして、この流速ｖ（ｚ）を図１の微分演算部（流速変化量演算手段）７４および平均処理部（平均処理手段）７６に対して出力する。
【００４９】
図１に示すように、微分演算部７４は、潮流演算部３４からの流速ｖ（ｚ）を深度ｚで微分する処理を行う。そして、得られた微分値δ（ｚ）｛δ（ｚ）＝ｄｖ（ｚ）／ｄｚ｝を平均処理部７６に対して出力する｛微分値δ（ｚ）の特性を図１１に示す。｝。
【００５０】
平均処理部７６は、流速算出手段６２からの流速ｖ（ｚ）および微分演算部７４からの微分値δ（ｚ）に対する平均化処理を行う。具体的には、送受波器２０から所定回数（例えば、１００回）超音波を送受信して得られた流速ｖ（ｚ）および微分値δ（ｚ）の平均値を求める。そして、平均値としての流速ｖ（ｚ）および微分値δ（ｚ）を表示部（表示手段）７８に対して出力する。
【００５１】
図１２および図１３は、表示部７８の画面８０を示している。表示部７８は、平均処理部７６からの流速ｖ（ｚ）および微分値δ（ｚ）を画面８０上に表示する。
【００５２】
図１２に示す表示例では、縦軸に深度ｚをとり、横軸に時間｛現在（最新の情報が取得された時点）から過去に遡った時間｝ｔｂをとっている。そして、各時間（時点）ｔｂにおける微分値δ（ｚ）の絶対値を輝度（濃淡）によって表している。このように微分値δ（ｚ）を濃淡表示することによって、潮目Ａの位置（深度ｚ）およびその変化を容易に確認することができる。なお、微分値δ（ｚ）の値を色の違いによって表すようにしてもよい。また、微分値δ（ｚ）のピークＰ（図１１参照）に対応する深度ｚを潮目Ａの位置として表示するようにしてもよい。
【００５３】
図１３に示す表示例では、図１２に示した潮目Ａの濃淡表示とともに、流速の大きさ｜ｖ（ｚ）｜および流向γ（ｚ）の深度ｚに応じた変化を表示している。この場合、潮目Ａにおける潮流の変化を詳細に把握することができる。
【００５４】
なお、この実施の形態では、流向γ（ｚ）を真方位で求めるようにしているが、この流向γ（ｚ）を船舶ｓを基準とする方位で求め、これを画面８０上に表示するようにしてもよい。
【００５５】
このように、この発明の一実施の形態に係る潮目探知機１０においては、潮流の流速ｖ（ｚ）の変化量として微分値δ（ｚ）を求め、これを表示部７８の画面８０上に表示するようにしている。このため、表示された微分値δ（ｚ）の変化から、潮目Ａの位置を容易に確認することができる。
【００５６】
また、微分値δ（ｚ）の値を画面８０上に濃淡によって表示することによって、潮目Ａの位置を一層容易に確認することができる。
【００５７】
なお、潮目Ａにはプランクトンが発生しやすいため、プランクトンを求めて魚が集まる傾向がある。従って、このように潮目Ａの位置を確認することによって、確実に漁獲を得ることも可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、潮流の流速の変化量を表示手段に表示するようにしているため、潮流の潮目の位置を容易に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る潮目探知機の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の潮目探知機が搭載される船舶を示す側面図である。
【図３】図２の船舶から超音波が送受信される方位を示す平面図である。
【図４】潮流の水深方向の分布を示す図である。
【図５】図４の潮流の上層における流速の大きさおよび流向を示す平面図である。
【図６】図４の潮流の下層における流速の大きさおよび流向を示す平面図である。
【図７】図１の潮目探知機を構成する潮流演算部の機能ブロック図である。
【図８】受信周波数の特性を示すグラフである。
【図９】流速の大きさの特性を示すグラフである。
【図１０】潮流の流向の特性を示すグラフである。
【図１１】流速の深度に対する微分値の特性を示すグラフである。
【図１２】図１の表示部の画面を示す図である。
【図１３】図１の表示部の画面を示す図である。
【符号の説明】
１０…潮目探知機                ２０…送受波器
２４…送信部                    ２６…受信部
２８…タイミング回路            ３４…潮流演算部
５０…深度算出手段              ５２…真方位算出手段
５４…受信周波数算出手段        ５８…相対船速算出手段
６０…船速算出手段              ６２…流速算出手段
７２…ジャイロセンサ            ７４…微分演算部
７６…平均処理部                ７８…表示部
８０…画面
【図１】
0004308997.tif 000002
【図２】
0004308997.tif 000003
【図３】
0004308997.tif 000004
【図４】
0004308997.tif 000005
【図５】
0004308997.tif 000006
【図６】
0004308997.tif 000007
【図７】
0004308997.tif 000008
【図８】
0004308997.tif 000009
【図９】
0004308997.tif 000010
【図１０】
0004308997.tif 000011
【図１１】
0004308997.tif 000012
【図１２】
0004308997.tif 000013
【図１３】
0004308997.tif 000014