JP2000304861A - 信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不用波を除去するための従来の相関処理では
受信信号のＳ／Ｎ比が低下した。 【解決手段】 一定の周期で送波した超音波のエコーを
表示するスキャニングソナーにおける信号処理回路にお
いて、メモリに前回および前々回の送波によるエコーを
記憶し、そのメモリに記憶のエコーと今回検出のエコー
とを時間軸で相互に比較し、中間のレベルを持つエコー
を抽出してモニターに表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スキャニングソナ
ーのごとき水中探知装置で検出したエコー信号を処理す
る回路に関し、特に不用な干渉波を除去できるようにし
た信号処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】スキャニングソナーとは、図１に示すよ
うに、船１の底に取り付けた送受波器２より海底に向
け、全方位方向に超音波を送波し、魚群等からのエコー
を、前記送受波器２で形成した指向性の鋭い受波ビーム
Ｒを海面に対して一定の角度θ(チルト角という)で高速
旋回することにより検出している。このとき、近い物体
よりのエコーから順に検出されるため、図２の平面図に
示すように船１を中心として渦巻き状に探査されること
になり、図３の表示器に示すように、レーダーのような
表示像が得られる。

【０００３】図２にある魚群Ｘ１は図３において魚群像
ｘ１のごとく表示される。しかし、このようなソナーを
装備した船が一箇所に集中して操業するような場合、他
のスキャニングソナーよりの超音波が自身の超音波と混
合して干渉波Ｘ２が生じ、不用な像ｘ２として表示され
てしまう。この不具合を避けるため従来は、スキャニン
グソナー間で互いに使用周波数をずらせて干渉波が生じ
ないようにしたり、あるいは干渉波による像を相関処理
によって除去している。この相関による従来の除去処理
は以下の通りである。

【０００４】図５の(Ｉa)は今回検出の受波信号を示
し、魚群Ｘ１による受波信号Ｓ１と干渉波Ｘ２による受
波信号Ｓ２が検出されている。この干渉波Ｘ２は定常的
に生じるものではないので、次回検出の受波信号(Ｉb)
では、同一の魚群Ｘ１による受波信号(レベルが変化す
るのでＳ１'とする)のみが検出され、干渉波Ｘ２による
信号は検出されていない。そこで、図５の(Ｉa)と(Ｉb)
とで、対応する時間(縦軸)でレベルの低い方を抽出すれ
ば、(Ｏ)のように、魚群Ｘ１についてはレベルの低い方
の受波信号Ｓ１'のみが取り出され、干渉波Ｘ２につい
ては、レベルの低い方の０の信号が取り出されるため干
渉波Ｘ２はカットされ、図４に示されるように、魚群ｘ
1のみが表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで表示に供される
受波信号は、信号Ｓ１ではなく、レベルの低い方の信号
Ｓ２であり、このように常にレベルの低い方の受波信号
で表示されるため、表示信号のＳ／Ｎ比が低くなるとい
った課題があった。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、高いレベルの信号を表示できるよ
うにした水中探知装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１にあ
るように、前記メモリに記憶のエコーと今回検出のエコ
ーとを時間軸で相互に比較し、最高および最低レベル以
外のレベルを持つエコーを信号抽出手段で抽出するもの
であり、最低レベルのエコーを採用しないことで、表示
信号のＳ／Ｎ比の低下が抑えられるだけでなく、Ｓ／Ｎ
比の向上が図られ、又、不定期に発生するエコーを採用
しないことで、不要波を除去できる。

【０００８】請求項２は、メモリに前回および前々回送
波によるエコーを記憶し、これらのエコーおよび今回検
出のエコーから、最高および最低レベル以外のレベルと
して中間のレベルを持つエコーを抽出する場合であり、
これについては以下の実施形態で述べている。

【０００９】請求項３は、メモリに前回および前々回送
波によるエコーを記憶し、これらのエコーおよび今回検
出のエコーから中間もしくは最低のレベルを持つエコー
を抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回ると
き、そのエコーに替えて最大レベルのエコーを採用する
ものであり、中間レベルのエコーを抽出する場合につい
ては以下の実施形態で述べている。

【００１０】請求項４は、請求項３において、メモリに
前回送波によるエコーのみを記憶する場合であり、この
場合は、このエコーおよび今回検出のエコーから最低レ
ベルのエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定
値を上回るとき、そのエコーに替えて最高レベルのエコ
ーを採用する。この場合、表示像のＳ／Ｎ比は、相関処
理を行っている場合と同様又はそれ以上に向上してい
る。

【００１１】請求項５は、上述した種々の処理モードを
選択できるようにした水中探知装置として請求してい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の第１態様におけ
る１実施形態を示した制御ブロック図である。メインプ
ロセッサ１１は、この水中探知装置を集中的に制御す
る。制御器１２はメインプロセッサ１１よりの指令に基
づき以下の各回路に所定の制御信号を供給する。１３
は、周期Ｔの送信パルスを作成する送信パルス発振回路
であり、ＣＴＬ信号により深度レンジの変更があると周
期Ｔが変化する。１４は、前記送信パルスに超音波信号
を変調して送信信号を作成する送信信号作成回路であ
る。１５は多数の超音波振動子が円筒状に形成されてな
る送受波器であり、１６は、その送受波器１５よりの受
信信号を所定のレベルに増幅する受信回路である。１７
は、個々の超音波振動子で得られた受信信号に遅延を与
えることで受波ビームを形成すると共に、その受波ビー
ムを周回させるビーム形成回路である。

【００１３】１８は、信号をアナログからデジタルに変
換するＡ/Ｄ変換器である。１９は、上述した干渉波を
削除するために設けられた信号処理回路である。２０
は、極座標系(ｒ、θ)の信号を直交座標(Ｘ、Ｙ)の信号
に変換する座標変換回路である。２１は１フレーム分の
ビデオデータを記憶するビデオメモリであり、２２は、
ビデオメモリ２１に記憶のビデオデータを表示するモニ
ターである。

【００１４】図７は、前記信号処理回路１９をＥＰＲＯ
Ｍで実現した回路の１実施形態を示す。図６のＡ／Ｄ変
換器１８からの４ビットの信号(Ｉa)は、ＥＰＲＯＭ３
１の入力アドレスＡ0〜Ａ3に入力されると共にフレーム
メモリ３２に供給される。このフレームメモリ３２は、
新たにデータを取込むと、既に記憶していた信号(前回
検出の信号Ｉb)が読み出されて入力アドレスＡ4〜Ａ7に
入力され、又、別のフレームメモリ３３に供給される。
このフレームメモリ３３では、既に記憶していた信号
(前々回検出の信号Ｉc)が入力アドレスＡ8〜Ａ11に入力
される。

【００１５】アドレスカウンタ３４は、フレームメモリ
３２および３３での読み込みアドレスをカウントする。
フリップフロップ回路３５は、１送波毎に供給されるク
ロックパルスＣＰの入力により、アドレスカウンタ３４
のアドレス値を０に設定するスタート信号をアドレスカ
ウンタ３４に供給する。このアドレスカウンタ３４は、
探査深度に応じて出力される探査打切り信号の入力でア
ドレスのカウントを停止する。

【００１６】このようにして入力アドレスＡ0〜Ａ11に
アドレスが指定されると、そのアドレスに記憶していて
たデータが出力ポートＯ0〜Ｏ3から所望の信号Ｏとして
出力される。

【００１７】信号処理回路１９においては、 処理機を行わずに検出した信号をそのまま出力するス
ルーモード 今回検出した信号(Ｉａ)、前回検出の信号(Ｉｂ)、前
々回検出の信号(Ｉｃ)の３つの信号から最低レベルの信
号を採用するＭＩＮ処理モード 前記３つの信号から中間レベルの信号を採用するＭＥ
ＤＩＡＮ処理モード(図８) 前記中間レベルの信号が所定レベル以上の時に最大レ
ベルの信号に置き換えて採用するＭＡＸ処理モード(図
９) を選択して実行できるようにしている。

【００１８】これらのモード選択は、ＥＰＲＯＭ２１の
入力アドレスＡ12,Ａ13に２ビットの信号(00/01/10/11)
を供給することで行う。次にこのＥＰＲＯＭ２１に記憶
させた内部データについて説明する。

【００１９】表１はのスルーモードを実行するための
データを示す。Ｉa(今回検出のデータ)、Ｉb(前回検出
のデータ)、Ｉc(前々回検出のデータ)はいずれも４ビッ
ト(０〜１５の１６値)であるため、これらの３つのデー
タの採り得る個数は、(０，０，０)〜(１５，１５，１
５)で１６×１６×１６＝４０９６通りとなる。これら
の入力データを［0000 0000 0000］〜［1111 1111 111
1］のごとく１２ビットのアドレスとし、これらの各ア
ドレスに対してＩaと同じ値を記憶させておくと、今回
検出のデータＩaと同じ値のデータが出力データＯとし
て出力される。

【００２０】

【表１】

【００２１】表２はのＭＩＮ処理モードを実行するた
めのデータを示す。ここでは例えば、Ｉa、Ｉb、Ｉc が
それぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレス
は［1000 1110 0011］となり、そのアドレスに、最低レ
ベルの‘３’(＝［0011］)を記録しておけば、Ｉa、Ｉ
b、Ｉcの中から最低レベルのデータ‘３’が出力データ
Ｏとして出力される。このように４０９６種の各入力デ
ータに対してそれぞれ最低レベルのデータを対応するア
ドレスに記憶させる。

【００２２】

【表２】

【００２３】表３はのＭＥＤＩＡＮ処理モードを実行
するためのデータを示す。ここで再び、Ｉa、Ｉb、Ｉc
がそれぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレ
スは［1000 1110 0011］となり、そのアドレスに、中間
レベルの‘８’(＝［1000］)を記録しておけば、Ｉa、
Ｉb、Ｉcの中から中間レベルのデータ‘８’が出力デー
タＯとして出力される。このように４０９６種の各入力
データに対してそれぞれ中間レベルのデータを対応する
アドレスに記憶させる。

【００２４】

【表３】

【００２５】表４はのＭＡＸ処理モードを実行するた
めのデータを示す。ここで再び、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれ
ぞれ‘８’,‘１４’,‘３’のとき、入力アドレスは
［10001110 0011］となる。この場合、中間レベルは
‘８’であり、その値が所定値(ここではしきい値を５
を採用)を上回っているため、そのアドレスに、最大レ
ベルの‘１４’(＝［1110］)が記録される。このように
して各アドレスにデータを記憶しておくことで、Ｉa、
Ｉb、Ｉcの中から最大レベルのデータ‘１４’が出力デ
ータＯとして出力される。

【００２６】一方、Ｉa、Ｉb、Ｉc がそれぞれ‘８’,
‘４’,‘３’のとき、入力アドレスは［1000 0100 001
1］となる。この場合、中間レベルは‘４’であるが所
定値以下であるため、そのアドレスに、中間レベルの
‘４’(＝［0100］)が記録されており、これにより中間
レベルのデータ‘４’が出力データＯとして出力され
る。

【００２７】

【表４】

【００２８】このような表１〜表４のデータを書き込ん
だＥＰＲＯＭを備え、それらのＥＰＲＯＭを使い分ける
ことにより、上述した〜のモードを自在に選択でき
るが、本実施形態ではその選択手法を以下のようにして
実現している。表１〜表４では入力データの個数(アド
レス)がそれぞれ４０９６通りであったが、表５のよう
に、各アドレスに対して下２ビット(４通り)のデータＩ
dを付加することにより、入力アドレスを１４ビットの
４０９６×４＝１６３８４通りとしている。そして下２
ビットで指定した０(＝[00])、１(＝[01])、２(＝[1
0])、３(＝[11])に対応して表１〜表４の出力データＯ
をそれぞれ記憶させておく。

【００２９】

【表５】

【００３０】一方、信号処理回路１９における各処理モ
ード〜の機能をＣＰＵやＤＳＰで実現するには、以
下のようなアルゴリズムに基づき処理される。 例えばのＭＥＤＩＡＮ処理 Ｏ＝Ｉａ＊（Ｉｂ＜Ｉａ＜Ｉｃ）＋Ｉａ＊（Ｉｃ＜Ｉａ
＜Ｉｂ）＋Ｉｂ＊（Ｉａ＜Ｉｂ＜Ｉｃ）＋Ｉｂ＊（Ｉｃ
＜Ｉｂ＜Ｉａ）＋Ｉｃ＊（Ｉａ＜Ｉｃ＜Ｉｂ）＋Ｉｃ＊
（Ｉｂ＜Ｉｃ＜Ｉａ） ここで（Ｉｂ＜Ｉａ＜Ｉｃ）は、Ｉｂ＜Ｉａ＜Ｉｃの関
係があるときに“１”を与え、それ以外では“０”を与
える関数である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、過去複
数回の送波によるエコーを記憶し、それらの記憶したエ
コーと今回検出のエコーとを時間軸で相互に比較し、最
高レベル及び最低レベル以外のエコーを抽出して表示に
用いるようにしたので、表示像のＳ／Ｎ比が改善され、
又、不用波を除去できる。又、前記抽出したレベルが所
定値を上回とき、そのエコー信号に変えて最大レベルの
エコー信号を表示に採用すれば、表示像のＳ／Ｎ比が良
好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スキャニングソナーにおける受波ビームのス
キャン方法を示した図

【図２】 図１の受波ビームで探査される状況を示した
図

【図３】 スキャニングソナーにおける探査映像を示し
た図

【図４】 相関処理を用いたときの探査映像を示した図

【図５】 相関処理の動作を示した図

【図６】 本発明の１実施形態を示した制御ブロック図

【図７】 図６にある信号処理回路の詳細を示したブロ
ック図

【図８】 図６の装置でＭＥＤＩＡＮ処理を選択したと
きの信号処理回路の動作を示した図

【図９】 図６の装置でＭＡＸ処理を選択したときの信
号処理回路の動作を示した図

【符号の説明】

１１ メインプロセッサ １２ 制御器 １３ 送信パルス発振回路 １４ 送信信号作成回路 １５ 送受波器 １６ 受信回路 １７ ビーム形成回路 １８ Ａ／Ｄ変換回路 １９ 信号処理回路 ２０ 座標変換回路 ２１ ビデオメモリ ２２ モニター ３１ ＥＰＲＯＭ ３２，３３ フレームメモリ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の周期で送波した超音波のエコーを
   表示するための信号処理回路において、 過去複数回の送波によるエコーを記憶するメモリと、 前記メモリに記憶のエコーと今回検出のエコーとを時間
   軸で相互に比較し、最高および最低レベル以外のレベル
   を持つエコーを抽出する信号抽出手段とを備えたことを
   特徴とする信号処理回路。
2. 【請求項２】 上記メモリに前回および前々回の送波に
   よるエコーを記憶し、これらのエコーおよび今回検出の
   エコーから中間のレベルを持つエコーを抽出する請求項
   １記載の信号処理回路。
3. 【請求項３】 上記メモリに前回および前々回の送波に
   よるエコーを記憶し、これらのエコーおよび今回検出の
   エコーから中間もしくは最低のレベルを持つエコーを抽
   出し、抽出したエコーのレベルが所定値を上回るとき、
   そのエコーに替えて最大レベルのエコーを採用する請求
   項１記載の信号処理回路。
4. 【請求項４】 上記メモリに前回送波によるエコーを記
   憶し、このエコーおよび今回検出のエコーから最低レベ
   ルのエコーを抽出し、抽出したエコーのレベルが所定値
   を上回るとき、そのエコーに替えて最高レベルのエコー
   を採用する請求項１記載の信号処理回路。
5. 【請求項５】 一定の周期で送波した超音波のエコーを
   表示する水中探知装置において、 少なくとも前回送波によるエコーを記憶するメモリを備
   え、 今回送波によるエコーをそのまま表示に供するモー
   ド、 今回送波によるエコーと過去の送波によるエコーから
   最低のレベルのエコーを表示に供するモード、 今回送波によるエコーと過去の送波によるエコーから
   中間のレベルのエコーを表示に供するモード、 今回送波によるエコーと過去の送波によるエコーから
   中間のレベルを持つエコーを抽出し、抽出したエコーの
   レベルが所定値を上回るとき、そのエコーに替えて最大
   レベルのエコーを表示に供するモード、を選択可能とし
   たことを特徴とする水中探知装置。