(57)【要約】【目的】ソナーにおいて送信波が標的に反射してから自船の探知部に到達するまでの間に、自船が移動してしまうことによる誤差を抑える。【構成】自動追尾スキャニングソナーにおいて、ＧＰＳ及びコンパスの指示値の時系列データを保持するメモリを有し、過去の任意の時刻における自船の緯度、経度、船首方位を推定することができる船位置・方位計算部と、標的からの反射波を自船で受信した時刻における標的の緯度、経度、水深を算出する標的位置算出部とを備える事を特徴とするスキャニングソナー。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ビームをある俯角（水平面とのなす角）で全方位に水中に送信して、ペンシル状の受信ビームを前記俯角で回転走査することで反射波を受信し、その反射波に基づいて標的を探査するとともに、発見した標的の移動にあわせて前記俯角を制御することで前記標的を自動追尾する自動追尾スキャニングソナーにおいて、
発見した標的の自船に対する相対距離と相対方位からなる相対位置を取得する検出部と、
取得した自船の緯度、経度、船首方位を時系列に保持する船位置・方位記憶部と、
前記検出部から得られる自船から前記標的までの距離と水中における音速を用いて前記船位置・方位記憶部の参照先を決定し、前記標的からの反射波を自船で受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位を計算することができる船位置・方位計算部と、
前記検出部から得られる前記標的の自船に対する相対位置と前記標的からの反射波を自船で受信したときの俯角と前記船位置・方位計算部から得られる前記標的からの反射波を自船で受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位によって前記標的の緯度、経度、水深を算出する標的位置算出部と、
を備える事を特徴とする自動追尾スキャニングソナー。
【請求項２】
前記船位置・方位計算部は、前記船位置・方位記憶部を参照し、複数の記憶データからなる補間計算をすることにより、任意の時刻における自船の緯度、経度、船首方位を得る請求項１に記載の自動追尾スキャニングソナー。
【請求項３】
前記記憶データの補間方法として、記憶データの加算平均による補間を行なう請求項２に記載の自動追尾スキャニングソナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、魚群などの標的を探査するスキャニングソナーに関し、特に、標的を自動的に追尾する機能を備えた自動追尾スキャニングソナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
魚群などの標的を探査するソナーとして、超音波ビームを水中に送信してその反射波を受信することで標的などの画像を表示するスキャニングソナーが知られている。このスキャニングソナーは、図１に示すように、俯角（水平面とのなす角、ティルト角）θの円錐面上の全方位に送信ビームＴＢを送受信器１０２から送信し、その後、送受信器１０２からペンシル状の（指向性が高い）受信ビームＲＢを俯角θで回転走査させる。そして、この受信ビームＲＢを介して魚群Ｔや海底などからの反射波を受信し、受信した反射波に基づいて、魚群Ｔなどの画像をモニタに表示するものである。なお、図中符号Ｊは、スキャニングソナー１０１が搭載された船舶（自船）である。
【０００３】
このようなスキャニングソナーには、ユーザが追尾対象として定めた魚群Ｔを自動的に追尾する機能を備えた自動追尾スキャニングソナーが知られている。
【０００４】
例えば自動追尾スキャニングソナーによる魚群追尾はソナー画面上で魚群を追尾する探査面内追尾と、魚群が探査面に捉え続けられるように俯角を制御する俯角方向追尾とにより実現される。
【０００５】
この内、上記探査面内追尾は、まず、図２に示すようにモニタ１１０上で追尾対象とする魚群Ｔの位置Ｘを中心とする一定の大きさの検出エリアＷを設定し、その後、図３に示すように魚群Ｔが検出エリアＷ内で移動すると、魚群Ｔ’の位置Ｘ’を解析し、Ｘ’を中心とする検出エリアＷ’を設定することを繰り返すことで実現可能である。この探査面内追尾の従来例として特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記魚群の位置Ｘとして、魚群の緯度、経度を利用すると、検出エリアの大きさを魚群の最大移動速度から決定することで、移動後の魚群Ｔ’が検出エリア内に入ると考えられる。対して、上記魚群の位置Ｘとして、魚群の自船に対する相対位置（相対距離、相対方位）を利用すると、魚群の緯度、経度を利用した場合に比べて検出エリアの大きさは船の移動、旋回を考慮して、より大きくする必要がある。
【０００８】
検出エリアの大きさが大きいほど、検出エリア内に入るノイズが多くなり、ノイズを魚群と誤認する可能性が高くなるので、魚群の緯度、経度を求め、その魚群の緯度、経度を元に検出エリアを設定すると、検出エリアを小さくでき、ノイズを魚群と誤認する可能性が低くなり、追尾に有利である。
【０００９】
標的の緯度、経度は、標的によるソナービームの反射を元に特定した標的の相対位置と俯角と自船の緯度、経度、船首方位とにより算出することが出来る。この自船の緯度、経度、船首方位として、１情報画面分の探査時間における自船の移動量は小さいとみなし、超音波ビームを送信した時刻、あるいは標的の緯度、経度を算出する時刻など、取得が容易な決まった一定タイミングの自船の緯度、経度、船首方位を用いる事が考えられる。
【００１０】
しかし実際にはソナービームを送信した時刻から自船の送受信器１０２に反射波が到達するまでの間に音速に基づく遅延時間が生じてしまうため、上記の自船の緯度、経度、船首方位を用いて算出した標的の緯度、経度は、特に長いレンジで探査中に自船が旋回した場合、標的からの反射波を受信した時刻における正確な緯度、経度からずれてしまう。
【００１１】
本発明は前記のような、音速に基づく標的の緯度、経度算出の問題点を解決し、標的からの反射波を受信した時刻に遡って標的の緯度、経度計算をする手段を与えるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明は、送信ビームをある俯角（水平面とのなす角）で全方位に水中に送信して、ペンシル状の受信ビームを前記俯角で回転走査することで反射波を受信し、その反射波に基づいて標的を探査するとともに、発見した標的の移動にあわせて前記俯角を制御することで前記標的を自動追尾する自動追尾スキャニングソナーにおいて、
発見した標的の自船に対する相対距離と相対方位からなる相対位置を取得する検出部と、
取得した自船の緯度、経度、船首方位を時系列に保持する船位置・方位記憶部と、
前記検出部から得られる自船から前記標的までの距離と水中における音速を用いて前記船位置・方位記憶部の参照先を決定し、前記標的からの反射波を自船で受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位を計算することができる船位置・方位計算部と、
前記検出部から得られる前記標的の自船に対する相対位置と前記標的からの反射波を自船で受信したときの俯角と前記船位置・方位計算部から得られる前記標的からの反射波を自船で受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位によって前記標的の緯度、経度、水深を算出する標的位置算出部と、
を備える事を特徴とする自動追尾スキャニングソナーとする。
【００１３】
また、本発明は、前記船位置・方位計算部は、前記船位置・方位記憶部を参照し、複数の記憶データからなる補間計算をすることにより、任意の時刻における自船の緯度、経度、船首方位を得る自動追尾スキャニングソナーとする。
【００１４】
また、本発明は、前記記憶データの補間方法として、記憶データの加算平均による補間を行なう自動追尾スキャニングソナーとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ソナービームを送信した時刻を基準として、標的からの反射波を受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位を用いて標的の緯度、経度、水深を計算できるため、海中における音速にもとづく遅延時間の影響を抑え、標的の緯度、経度、水深を、より正確に知ることが可能となる。
【００１６】
また、緯度、経度、水深を用いることで、標的の３次元の移動速度を求めることが可能となる。
【実施例】
【００１７】
本発明の好適な実施例について、図を参照して説明する。ここでは魚群探査を例とし、自船から放射したソナービームを魚群が反射し、再び自船にソナービームが戻ってくる場合について説明する。
【００１８】
図４は本発明にかかるスキャニングソナーのブロック図の一例である。送受信部４０１、モニタ４０３、画像処理部４０５、俯角制御部４０７、検出部４０９、ＧＰＳ・コンパス４１５はスキャニングソナーに従来から装備されている装置である。
【００１９】
つまり、俯角制御部４０７により送信角度を制御されたソナービームを送受信部４０１において送信し、標的により反射された反射波が再び自船の送受信部４０１に戻ってきた場合に、画像処理部４０５にてソナービームを反射した物体の位置画像を生成し、モニタ４０３によって表示する。また、様々な反射波の中から標的を特定するために、検出部４０９によって標的候補の形状や移動方向を観察する。ＧＰＳ・コンパス４１５によって自船の緯度、経度、船首方位は既知のものとなるため、検出部４０９によって標的の自船に対する相対位置と俯角がわかれば、標的の緯度、経度、水深がわかることとなる。
【００２０】
本発明にかかる船位置・方位計算部と標的位置算出部の必要性を図５により説明する。ソナービームを送信した時点における自船の緯度、経度、船首方位が（ｘ，ｙ，φ）であったとする。
【００２１】
魚群に反射した際のソナービームの俯角と魚群までの距離をモニタ４０３に表示するのであるが、実際には海中における音波の音速により、魚群からの反射波が自船に到来する時には自船の緯度、経度、船首方位は（ｘ’，ｙ’，φ’）となっており、魚群の緯度、経度、水深を特定するためには、この魚群からの反射波が自船に到来した時の自船の緯度、経度、船首方位を算出する必要がある。
【００２２】
前記課題を解決するために、図４に示すように、本発明では船位置・方位計算部４１３をＧＰＳ・コンパス４１５の出力を記憶する船位置・方位記憶部４１７に接続し、該記憶部から任意の時刻における自船の緯度、経度、船首方位を呼び出せるようにした。
【００２３】
ソナービームを送信した時刻をｔ0としてこれらの処理の流れを説明する。検出部４０９は自船の中心から魚群までの距離を船位置・方位計算部４１３に伝達する。船位置・方位計算部４１３では魚群までの距離と海中における音速を用いて、送信時刻ｔ0から、魚群による反射波が自船に到来するまでに要する時間を算出する。この時間をａとする。
【００２４】
船位置・方位記憶部４１７に格納されている時系列データにおいて、船位置・方位計算部４１３は、魚群からの反射波を自船で受信した（ｔ0＋ａ）におけるＧＰＳ・コンパスの指示値を参照することで、魚群からの反射波を自船で受信した時刻における自船の緯度、経度、船首方位を得ることができる。
【００２５】
前記時刻（ｔ0＋ａ）における自船の緯度、経度、船首方位と、検出部４０９から得られる魚群の自船に対する相対位置と俯角により、標的位置算出部４１１は、魚群の緯度、経度、水深を知ることができる。
【００２６】
時刻ｔ0に送信したソナービームの反射波に基づく画像に検出エリアＷを設定し、検出した魚群Ｔ’の位置Ｘ’を標的位置算出部４１１により算出し、この魚群の位置Ｘ’を用いて、検出部４０９は、次の魚群検出のための検出エリアＷ’を設定する。従来は１情報画面分の探査時間における自船の移動量は小さいと考え、前記Ｘ’を、決まったタイミング、例えば時刻ｔ0における自船の緯度、経度、船首方位を用いて算出した魚群の緯度、経度としていたのに対して、本発明は、前記Ｘ’を、時刻（ｔ0＋ａ）における自船の緯度、経度、船首方位を用いて算出した魚群の緯度、経度としていることが特徴である。
【００２７】
自船と標的との距離および水中における音速を元に、前記のようにソナービームの到来に要する時間を計算し、船位置・方位記憶部４１７における該当時刻の格納データを参照する際に、計算によって求まる該当時刻と記憶された時刻が一致しない場合の計算手段の一例を図７を用いて説明する。
【００２８】
前記船位置・方位計算部によって計算された、送信時刻から、標的による反射波が自船に到来するまでに要する時間が２．５秒であったとする。この際、船位置・方位記憶部において、ＧＰＳ・コンパスから出力される自船の緯度、経度、船首方位データのサンプリング間隔を１秒とすると、送信時刻から２．５秒後に一致する格納データは存在しないので、２秒後の格納データと３秒後の格納データに該当するラベル２とラベル３の格納データａ２とａ３を船位置・方位計算部に伝送する。
【００２９】
前記船位置・方位計算部は伝送された送信時刻から２秒後と３秒後の自船の緯度、経度、船首方位データを用いて、２．５秒後の自船の緯度、経度、船首方位である（ａ２＋ａ３）／２を得る。
【００３０】
標的位置算出部４１１は前記のように算出された２．５秒後の自船の緯度、経度、船首方位（ａ２＋ａ３）／２、および、検出部４０９から伝送される、標的の自船に対する相対位置と俯角を用いれば標的の緯度、経度、水深を計算できる。
【００３１】
前記処理のまとめを図６に示す。従来のスキャニングソナーと同様に自船から魚群までの距離を得て（Ｓ６０１）、海中における音速を用いて前記距離に相当する遅延時間を得て（Ｓ６０３）、前記時刻（ｔ0＋ａ）における自船の緯度、経度、船首方位を記憶部から読み出し（Ｓ６０５）、前記自船の緯度、経度、船首方位と魚群の自船に対する相対位置、および俯角から、魚群の緯度、経度、水深を得る（Ｓ６０７）ものである。
【００３２】
本発明により、ソナービームを送信した時刻と、自船がその信号を受け取る時刻のずれによる標的の緯度、経度、水深決定における誤差の発生をおさえる事が可能となった。
【００３３】
また、本発明によって得られる標的の絶対位置を利用すれば、検出部４０９において、図２に示す検出エリアＷに関して標的を見失うことなく設定することが可能となる。
【００３４】
また、本実施例においては船位置・方位記憶部４１７を船位置・方位計算部４１３に従属接続したが、図８に示すように、例えばＧＰＳ・コンパス４１５に接続することも可能であるし、また、船位置・方位計算部４１３に内蔵することも可能であり、船位置・方位記憶部４１７の接続先については一意に限定するものではない。
【００３５】
また、船位置・方位計算部４１３が船位置・方位記憶部４１７に格納されたデータを用いて自船の緯度、経度、船首方位を計算する際には、魚群がソナービームを反射した時刻に最も近い時刻に該当するデータを用いるのみではなく、もっとも近い時刻とその周囲に存在する複数のデータを用いて、平均値計算や補間計算をして決定することも考えられる。
【００３６】
また、船位置・方位記憶部４１７を参照して自船の緯度、経度、船首方位を計算する場合の補間計算に関して、前述した例では該当時刻の前後一個ずつのデータを用いたが、補間に用いるデータの個数に関しては限定しない。
【００３７】
なお、本実施例においては標的を魚群として説明したが、例えば海底に敷設された装置など、魚群に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一般的なスキャニングソナー
【図２】検出エリアの例
【図３】標的の移動に伴い検出エリアを更新する例
【図４】本発明にかかるスキャニングソナーの構成図
【図５】反射波が到来するまでに自船が移動している状態
【図６】処理フローチャート
【図７】船位置・方位記憶部の参照方法の例
【図８】スキャニングソナーの構成図の変形例
【符号の説明】
【００３９】
θ…俯角、  ＴＢ…送信ビーム、
ＲＢ…受信ビーム、  Ｔ…標的、  Ｗ…検出エリア、
Ｘ…標的の位置、  Ｊ…自船、
Ｔ’…移動した標的、  Ｗ’…標的の移動に伴い変化した検出エリア、
Ｘ’…移動した標的の位置、
１０１…自動追尾スキャニングソナー、  １０２…送受信部、
１１０…画像処理部、
４０１…送受信部、  ４０３…モニタ、  ４０５…画像処理部、
４０７…俯角制御部、  ４０９…検出部、  ４１１…標的位置算出部、
４１３…船位置・方位計算部、  ４１５…ＧＰＳ・コンパス、
４１７…船位置・方位記憶部。
【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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