JP2012137305A - Synthetic aperture exploratory device and underwater traveling body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合成開口探査装置および水中航走体に関するものである。 The present invention relates to a synthetic aperture exploration device and an underwater vehicle.
一般に海や湖などの水中での探査には音響を利用したソナーが用いられている。特に最近では、探査対象をモニタ画像に再生して視覚化する合成開口探査装置(合成開口ソナー)が提案され、水中探査にこの装置の適用が検討されている(例えば、特許文献1参照。)。 In general, acoustic sonar is used for underwater exploration of the sea or lake. In particular, a synthetic aperture exploration device (synthetic aperture sonar) that reproduces and visualizes an exploration target on a monitor image has recently been proposed, and application of this device to underwater exploration has been studied (for example, see Patent Document 1). .
上記合成開口探査装置は、海底の沈底物や海底地形などの探査に幅広く用いられている。このような合成開口探査装置においては、一般的に、100kHzから500kHz程度の高周波帯域が用いられている。
ところで、近年では、沈底物と埋没(埋設)物を同時に効率的に探査したいとの要望がある。しかしながら、沈底物を探査するのに適した音波の周波数帯域で埋設物までも探査しようとすると、その大部分が海底などで反射されてしまい、海底下に埋没した物体を探知できないという問題があった。
The synthetic aperture exploration device is widely used for exploration of submarine sediments and seafloor topography. In such a synthetic aperture exploration apparatus, generally, a high frequency band of about 100 kHz to 500 kHz is used.
By the way, in recent years, there is a demand for efficiently exploring sedimentation and buried (buried) objects simultaneously. However, when trying to explore even buried objects in the frequency band of sound waves suitable for exploring sediments, most of them are reflected on the seabed and the like, and there is a problem that objects buried under the seabed cannot be detected. there were.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、沈底物と埋設物とを同時に、かつ、効率的に探査することのできる合成開口探査装置および水中航走体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a synthetic aperture exploration device and an underwater vehicle capable of exploring a sediment and an embedded object simultaneously and efficiently. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、水中航走体に搭載されるとともに、第1の周波数の音波ビームを送受信して画像信号を得る第1ソナーと、前記水中航走体に搭載されるとともに、前記第1の周波数よりも1桁程度低い第2周波数の音波ビームを送受信して画像信号を得る第2ソナーとを備え、前記第1ソナーと前記第2ソナーとを略同期送信させるとともに、前記第1ソナーのフェーズセンタおよび前記第2ソナーのフェーズセンタがそれぞれ等間隔になるように、前記第1ソナーと前記第2ソナーのチャネル数、物理開口長、及び送信周期並びに前記水中航走体の速度が調整されている合成開口探査装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is mounted on an underwater vehicle and has a first sonar that obtains an image signal by transmitting and receiving a sound beam of a first frequency, and is mounted on the underwater vehicle and the first frequency. And a second sonar that obtains an image signal by transmitting and receiving a sound beam having a second frequency lower by about one digit than the first sonar and substantially synchronously transmits the first sonar and the second sonar, and the phase of the first sonar The number of channels of the first sonar and the second sonar, the physical aperture length, the transmission period, and the speed of the underwater vehicle are adjusted so that the center of the center and the phase center of the second sonar are equally spaced. A synthetic aperture exploration device is provided.
本発明によれば、周波数の異なるソナーを2つ備えているので、沈底物と埋設物など性質の異なるターゲット探査を同時に実施することができる。
また、これらの音波ビームの送信タイミングを同期させることで、第1ソナーと第2ソナーの相互の誘導ノイズなどによる影響を回避することができ、鮮明な画像を得ることが可能となる。
更に、第1ソナー及び第2ソナーにおけるフェーズセンタの間隔がピング間において等間隔となるように、各種パラメータを設定するので、画像処理を行うときの移動方向における位置の微修正が不要となり、画像信号処理の負担を軽減することができ、また、送受信部位置の誤差による画像処理の劣化も抑制することができる。
According to the present invention, since two sonars having different frequencies are provided, it is possible to simultaneously carry out target exploration with different properties such as sediments and buried objects.
In addition, by synchronizing the transmission timings of these sound beam, it is possible to avoid the influence of mutual induced noise between the first sonar and the second sonar and obtain a clear image.
Furthermore, since various parameters are set so that the interval between the phase centers of the first and second sonars is equal between pings, fine correction of the position in the moving direction when performing image processing becomes unnecessary, and the image The burden of signal processing can be reduced, and degradation of image processing due to errors in the transmission / reception unit position can be suppressed.
上記合成開口探査装置において、前記第1ソナーにおけるチャネルをオーバーラップさせることにより前記水中航走体の位置補正を行うとともに、前記第2ソナーにおけるオーバーラップチャネル数をゼロにすることとしてもよい。 In the synthetic aperture exploration device, the position of the underwater vehicle may be corrected by overlapping channels in the first sonar, and the number of overlap channels in the second sonar may be zero.
第1ソナーと第2ソナーとは同一の水中航走体に搭載されているため、いずれか一方のソナーにより位置補正を行えば足りる。そこで、第1ソナーのチャネルのみをオーバーラッピングさせて水中航走体の位置補正に充当し、第2ソナーにおいてはオーバーラッピングさせるチャネルをゼロとすることで、チャネル数を最低限必要な数だけに絞ることができる。これにより、装置の小型化、省スペース化、軽量化を図ることが可能となる。 Since the first sonar and the second sonar are mounted on the same underwater vehicle, it is sufficient to perform position correction with one of the sonars. Therefore, only the first sonar channel is overlapped and used for position correction of the underwater vehicle, and in the second sonar, the number of channels to be overlapped is set to zero, thereby reducing the number of channels to the minimum required number. Can be squeezed. This makes it possible to reduce the size of the apparatus, save space, and reduce the weight.
上記合成開口探査装置において、前記第1ソナーにおけるチャネルのオーバーラップによる前記水中航走体における位置補正の精度が所定の精度未満の場合に、前記第1ソナーのフェーズセンタおよび前記第2ソナーのフェーズセンタがそれぞれ等間隔になるとの条件を満たすように、前記水中航走体の速度を低下させることとしてもよい。 In the synthetic aperture exploration device, when the accuracy of position correction in the underwater vehicle due to channel overlap in the first sonar is less than a predetermined accuracy, the phase center of the first sonar and the phase of the second sonar The speed of the underwater vehicle may be reduced so as to satisfy the condition that the centers are equally spaced.
このように、位置補正の精度が所定の精度未満であることにより速度を低下させる場合においても、第1ソナーのフェーズセンタおよび第2ソナーのフェーズセンタがそれぞれ等間隔になるとの条件を満たすように、水中航走体の速度を低下させるので、画像処理を行うときの移動方向における位置の微修正を不要とすることができる。これにより、画像信号処理の負担を軽減することができ、また、送受信部位置の誤差による画像処理の劣化も抑制することができるとの効果を維持することができる。 As described above, even when the speed is lowered because the accuracy of the position correction is less than the predetermined accuracy, the condition that the phase center of the first sonar and the phase center of the second sonar are equally spaced is satisfied. Since the speed of the underwater vehicle is reduced, fine correction of the position in the moving direction when performing image processing can be eliminated. As a result, it is possible to reduce the burden of image signal processing, and it is possible to maintain the effect that it is possible to suppress deterioration in image processing due to an error in the position of the transmission / reception unit.
上記合成開口探査装置において、前記第2ソナーは、ビーム主極の方向がそれぞれ異なる複数の音波ビームを送受信し、該ビーム主極の方向が同じ受信信号同士を用いて画像をそれぞれ作成することとしてもよい。 In the synthetic aperture exploration device, the second sonar transmits and receives a plurality of sound beams having different beam main pole directions, and creates images using received signals having the same beam main pole direction. Also good.
これにより、第2ソナーにおいて、複数の主極方向に音波ビームを振ることにより、円筒形状などの指向性を有するターゲットであっても効率的に探査することが可能となる。 Thereby, in the second sonar, it is possible to efficiently search even a target having a directivity such as a cylindrical shape by oscillating a sound beam in a plurality of main pole directions.
上記合成開口探査装置において、前記第2ソナーは、複数の送信素子が配列された送信アレイおよび複数の受信素子が配列された受信アレイを有し、前記送信アレイは、一方向に対して約90度幅の音波ビームを送信し、前記受信アレイのビーム主極を複数の方向に指向させることで、前記ビーム主極の方向がそれぞれ異なる複数の音波ビームを送受信することとしてもよい。 In the above synthetic aperture exploration device, the second sonar includes a transmission array in which a plurality of transmission elements are arranged and a reception array in which a plurality of reception elements are arranged, and the transmission array is about 90 in one direction. A plurality of sound beams having different directions of the beam main poles may be transmitted and received by transmitting a sound beam having a width of about 50 degrees and directing the beam main pole of the receiving array in a plurality of directions.
このように送信アレイについては一方向に対してのみ音波ビームを送信し、受信アレイのビーム主極を複数の方向に指向させるので、送信アレイの位相シフトを不要とすることができ、送信アレイの構成を簡略化することができる。 As described above, the transmitting array transmits the sound beam only in one direction and directs the beam main pole of the receiving array in a plurality of directions, so that the phase shift of the transmitting array can be made unnecessary. The configuration can be simplified.
上記合成開口探査装置において、前記第2ソナーは、複数の受信素子が配列された受信アレイを有し、前記受信アレイを構成する受信素子の組み合わせを変更することにより、複数のビーム主極に対応する受信アレイを形成することとしてもよい。 In the synthetic aperture exploration device, the second sonar has a receiving array in which a plurality of receiving elements are arranged, and supports a plurality of beam main poles by changing a combination of receiving elements constituting the receiving array. A receiving array may be formed.
このような構成によれば、移動方向の空間サンプリングを一層密にすることができ、画像画質を向上させることができる。 According to such a configuration, the spatial sampling in the moving direction can be made denser, and the image quality can be improved.
本発明は、上記いずれかに記載の合成開口探査装置を搭載した水中航走体を提供する。 The present invention provides an underwater vehicle equipped with any of the synthetic aperture exploration devices described above.
本発明によれば、沈底物と埋設物とを同時に、かつ、効率的に探査することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the sediment and the buried object can be explored simultaneously and efficiently.
〔第1実施形態〕
以下に、本発明の第1実施形態に係る合成開口探査装置および水中航走体について、図面を参照して説明する。
図1は、合成開口探査装置1の概略構成を示した図である。図1に示すように、合成開口探査装置1は、第1の周波数の音波ビームを送受信して画像信号を得る高周波合成開口ソナー(第1ソナー)2と、第1の周波数よりも低い第2周波数の音波ビームを送受信して画像信号を得る低周波合成開口ソナー(第2ソナー)3と、高周波合成開口ソナーおよび低周波合成開口ソナーの送受信タイミングを制御する制御部4を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a synthetic aperture exploration device and an underwater vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the synthetic
高周波合成開口ソナー2は、例えば、沈底物探査用のソナーであり、高周波の音波ビームを送出する第1送信部HF_Txと、第1送信部HF_Txから送出された音波ビームが探査対象において反射して戻ってきた音波を受信する第1受信部HF_Rxと、第1受信部HF_Rxにより受信された音波信号に基づいて画像を作成する第1画像処理部6を備えている。
The high frequency
低周波合成開口ソナー3は、例えば、埋設物探査用のソナーであり、高周波の音波ビームを送出する第1送信部HF_Txよりも低周波の音波ビームを出力する第2送信部LF_Txと、第2送信部LF_Txから送出された音波ビームが探査対象において反射して戻ってきた音波を受信する第2受信部LF_Rxと、第2受信部LF_Rxにより受信された音波信号に基づいて画像を作成する第2画像処理部7を備えている。
例えば、上記高周波合成開口ソナー2により送受信される音波ビームは、100kHzから500kHz程度のいずれかの周波数の音波ビームであり、低周波合成開口ソナー3により送受信される音波ビームは、10kHzから50kHz程度のいずれかの周波数の音波ビームである。
The low-frequency
For example, the sound beam transmitted and received by the high frequency
制御部3は、上記第1送信部HF_Tx、第2送信部LF_Tx、第1受信部HF_Rx、第2受信部LF_Rxを同期制御する。このように、第1送信部HF_Tx、第2送信部LF_Tx、第1受信部HF_Rx、第2受信部LF_Rxが同期制御されることにより、第1送信部HF_Txから音波ビームが送出されるタイミングと第2送信部LF_Txから音波ビームが送出されるタイミングとを一致させることができる。これにより、例えば、音波ビーム送信時における誘導ノイズや音響ノイズが他方の受信系に混入するおそれを回避することができる。なお、第1送信部HF_Txから音波ビームが送出されるタイミングと第2送信部LF_Txから音波ビームが送出されるタイミングとは完全に一致していなくても良い。
The
例えば、図2に示すように、送信周期Tに比べて十分短い時間ずらすこととしてもよい。例えば、本実施形態に係る合成開口探査装置1は、沈底物と埋設物とを探査するものである。従って、音波が海底等に到達する前の領域、すなわち、水中航走体付近の領域においては探査に当たってそれほど重要ではないため、この領域にノイズが含まれていても探査精度上問題は生じない。従って、図2に示すように、探査精度上問題のない領域に相当する時間分、音響ビームの送信タイミングをずらすこととしても良い。また、例えば、第1送信部HF_Txおよび第2送信部LF_Txを同期して作動させる場合には、2つの送信器分の作動電流が装置内に流れることとなるが、図2に示すように、タイミングをずらすことで、作動電流を分散でき、装置内に使用されている電源機器の容量を小さく設定することが可能となる。
For example, as illustrated in FIG. 2, the time may be shifted sufficiently shorter than the transmission period T. For example, the synthetic
図3に示すように、合成開口探査装置1は、水中航走体10の両側面にそれぞれ搭載され、図4に示すように、斜め下方に向けて音波ビームを送出し、その戻り波を受信する。
図5は、高周波合成開口ソナー2の第1送信部HF_Tx及び第1受信部HF_Rx並びに低周波合成開口ソナー3の第2送信部LF_Tx及び第2受信部LF_Rxの配置例を示した図である。図5に示すように、第1受信部HF_Rxと第2受信部LF_Rxが上下方向に並べて設置されており、これらの上方に第1受信部HF_Rxが、これらの下方に第2送信部LF_Txが配置されている。なお、この配置は一例であり、必ずしもこの配置に限定されない。
As shown in FIG. 3, the synthetic
FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement example of the first transmission unit HF_Tx and the first reception unit HF_Rx of the high frequency
ここで、高周波合成開口ソナー2の送受信部の物理開口長およびチャネル数、低周波合成開口ソナー3の送受信部の物理開口長およびチャネル数、並びに両合成開口ソナーの音波ビームの送信周期、水中航走体10の速度の関係は、以下の関係式(1)を満たすように設定されていることが好ましい。
Here, the physical aperture length and the number of channels of the transmission / reception unit of the high frequency
D*(M−N)=d(m−n)=ΔX=2*V*T (1) D * (MN) = d (mn) = ΔX = 2 * V * T (1)
ここで、Dは低周波合成開口ソナー3の物理開口長、Mは低周波合成開口ソナー3のチャネル数、Nは低周波合成開口ソナー3のオーバーラップチャネル数、dは高周波合成開口ソナー2の物理開口長、mは高周波合成開口ソナー2のチャネル数、nは高周波合成開口ソナー2のオーバーラップチャネル数、Vは水中航走体の速度、Tは音波ビームの送信周期(繰り返し周期)である。ここで、チャネル数は、受信部の数に相当する。
Here, D is the physical aperture length of the low frequency
今、水中航走体10が動揺せずにx軸方向に完全な等速直線運動していると仮定し、この状態において、第2送信部LF_Txから繰り返し周期Tで送出された音波ビームが探査対象において反射して戻ってきた音波ビームを受信する場合、受信される信号は図7のように表わすことができる。ここで、図7に表わされている黒点1〜5は、フェーズセンタである。フェーズセンタとは、送信部から送出された音波ビームが探査対象において反射して戻ってきた音波を受信部にて受信した場合に、実際にその位置で音波ビームが送信されたものとして取り扱うことのできる疑似的な音波ビーム送受信位置を示したものである。このフェーズセンタは、受信部に対応してそれぞれ設定される。図6及び図7では、受信部が5個ある場合を例示しているので、フェーズセンタも5つ存在している。フェーズセンタ間の距離は、D/2とされる。
Now, it is assumed that the
ここで、後続の画像処理部における画像作成の処理を考えると、フェーズセンタは等間隔に並んでいることが好ましい。すなわち、図6及び図7に示すように、ピング間においても、常にフェーズセンタが等間隔に並んでいることが好ましい。フェーズセンタを等間隔とすることで、画像処理を行うときの移動方向における位置の微修正が不要となるので、信号処理の負担が軽減されるからである。
そして、高周波合成開口ソナー2および低周波合成開口ソナー3において、フェーズセンタがそれぞれ等間隔に並ぶためには、以下の(2)式を満たす必要がある。
Here, considering the image creation processing in the subsequent image processing unit, it is preferable that the phase centers are arranged at equal intervals. That is, as shown in FIGS. 6 and 7, it is preferable that the phase centers are always arranged at regular intervals even between pings. This is because setting the phase centers at equal intervals eliminates the need for fine correction of the position in the moving direction when performing image processing, thereby reducing the burden of signal processing.
In the high frequency
Δx=D/2×(M−N)=d/2×(m−n)=V×T (2) Δx = D / 2 × (MN) = d / 2 × (mn) = V × T (2)
上記(2)式において、Δxは1ピング間の水中航走体の移動距離である。上記(2)式から上述した(1)式が導出される。
つまり、上記(1)式を満たすように、各パラメータが決定されることで、図6及び図7に示すようにフェーズセンタをピング間か否かを問わず、常に等間隔で並べることが可能となる。なお、図6及び図7では、チャネルをオーバーラップさせていないが、図8、図9に示すように、チャネルをオーバーラップさせてもよい。
In the above equation (2), Δx is the moving distance of the underwater vehicle during one ping. The above equation (1) is derived from the above equation (2).
In other words, by determining each parameter so as to satisfy the above equation (1), it is possible to always arrange the phase centers at regular intervals regardless of whether or not they are between pings as shown in FIGS. It becomes. 6 and 7, the channels are not overlapped, but the channels may be overlapped as shown in FIGS. 8 and 9.
オーバーラップチャネルを作ることで、水中航走体10の動揺推定を行うことができる。なお、図8、図9に示した例では、オーバーラップ率40%としている。このように、5つの受信部を備えている場合にオーバーラップ率を40%とすると、1ピングについて2つの受信チャネル(フェーズセンタ)が動揺推定に使用され、3つの受信チャネル(フェーズセンタ)が探査に使用されることとなる。
By creating an overlap channel, it is possible to estimate the motion of the
上記(1)式を満たすための低周波合成開口ソナー3及び高周波合成開口ソナー2の設計については、以下の例が挙げられる。
Examples of the design of the low-frequency
低周波合成開口ソナー:D=240mm、M=5、N=1、LL=D×M=1200mm
高周波合成開口ソナー:d=40mm、m=32、n=8、LH=d×m=1280mm
Low frequency synthetic aperture sonar: D = 240 mm, M = 5, N = 1, L L = D × M = 1200 mm
High-frequency synthetic aperture sonar: d = 40 mm, m = 32, n = 8, L H = d × m = 1280 mm
また、上記設計例では、低周波合成開口ソナー3および高周波合成開口ソナー2の双方においてオーバーラップチャネルを設け、動揺推定に用いているが、この動揺推定のオーバーラップチャネルが少ないほど、探査用に使用される受信部(チャネル)が増加するために探査の効率は高いが、動揺推定の精度は低下する。また、低周波合成開口ソナー3と高周波合成開口ソナー2は同一の水中航走体10に搭載されていることから、いずれか一方による動揺推定が実施されれば、他方の合成開口ソナーによる動揺推定は不要となる。
In the above design example, both the low-frequency
そこで、チャネル数の多い高周波合成開口ソナー2におけるオーバーラップチャネルのみを使用して動揺推定を行い、チャネル数が少ない低周波合成開口ソナー3については動揺推定に使用するチャネルをゼロとする、すなわち、オーバーラップさせるチャネル数をゼロとする。オーバーラップ数をゼロとすることで、不要なチャネルを削除してチャネル数を必要最低限にすることができ、省スペース化やコスト低減を図ることが可能となる。
Therefore, the motion estimation is performed using only the overlap channel in the high frequency
この場合には、上記(1)式において、N=0とすればよい。これにより、上記(1)式から以下の(3)式が導出される。 In this case, in the above equation (1), N = 0 may be set. Thereby, the following (3) Formula is derived | led-out from the said (1) Formula.
M=d(m−n)/D (3) M = d (mn) / D (3)
つまり、上記例の場合であれば、M=4とすることができ、チャネル数を1つ低減させることが可能となる。 That is, in the case of the above example, M = 4, and the number of channels can be reduced by one.
また、上述したように高周波合成開口ソナー2によって動揺推定を行うが、十分な動揺推定精度が得られない場合には、速度Vを落としてオーバーラップしているチャネル数を更に上げる必要がある。このとき、高周波合成開口ソナー3および低周波合成開口ソナー2の双方において、フェーズセンタが等ピッチで並ぶような速度Vに決定する。つまり、速度を落とす場合にも上記(1)式を満たすように速度調整することで、フェーズセンタの間隔を常にD/2に設定することができ、画像生成における処理負担の軽減を図ることができる。
Further, as described above, the fluctuation estimation is performed by the high-frequency
十分な動揺推定精度が得られているか否かについては、例えば、オーバーラップしているチャネルの受信信号の相関値をリアルタイムで計算し、この相関値が予め設定した閾値未満であるか否かにより行われる。 Whether or not sufficient fluctuation estimation accuracy is obtained depends on, for example, calculating a correlation value of received signals of overlapping channels in real time and whether the correlation value is less than a preset threshold value. Done.
以上説明したように、本実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体によれば、周波数の異なる合成開口ソナーを2つ備えているので、沈底物と埋設物などの同時探査を可能とすることができる。
また、これらの音波ビームの送信タイミングを同期させることで、誘導ノイズなどによる影響を回避することができ、鮮明な画像を得ることが可能となる。
更に、高周波合成開口ソナー2及び低周波合成開口ソナー3におけるフェーズセンタの間隔がピング間において等間隔となるように、各種パラメータを設定するので、画像処理を行うときの移動方向における位置の微修正が不要となり、画像信号処理の負担を軽減することができ、また、送受信部位置の誤差による画像処理の劣化も抑制することができる。
また、高周波合成開口ソナー2のチャネルのみをオーバーラッピングさせて水中航走体の動揺推定に充当し、低周波合成開口ソナー3においてはオーバーラッピングさせるチャネルをゼロとすることで、チャネル数を最低限必要な数だけに絞ることができ、装置の小型化、省スペース化、軽量化を図ることが可能となる。
As described above, according to the synthetic aperture exploration device and the underwater vehicle according to the present embodiment, two synthetic aperture sonars having different frequencies are provided, so that simultaneous exploration of sediments and buried objects is possible. It can be.
Further, by synchronizing the transmission timing of these sound wave beams, it is possible to avoid the influence of induced noise and the like, and it is possible to obtain a clear image.
Further, since various parameters are set so that the phase center intervals in the high frequency
In addition, only the channel of the high frequency
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体について説明する。
合成開口ソナーによってターゲットを探査する場合、指向性のないターゲットであれば、合成開口探査装置の通常の分解能が得られるが、ターゲットの反射特性に指向性がある場合には、送受信部が移動方向に移動しながら送受信を繰り返し行ったとしても、有効なエコーが得られるピングが限られることとなる。
[Second Embodiment]
Next, the synthetic aperture exploration device and the underwater vehicle according to the second embodiment of the present invention will be described.
When searching for a target using synthetic aperture sonar, if the target has no directivity, the normal resolution of the synthetic aperture search device can be obtained. Even if transmission / reception is repeatedly performed while moving to, the ping that can obtain an effective echo is limited.
例えば、合成開口ソナーの音波ビーム幅(ビームの角度範囲)が狭い場合には、ターゲットがビーム幅に入る確率が低くなり、ターゲットを見つけにくくなるとともに、ターゲットを見つけやすい位置であるターゲットの正面に送受信部がきた場合であっても、ターゲットの反射のアスペクト特性のために有意なエコーを得ることができず、結果、見落としてしまう可能性がある。 For example, when the sound beam width (the angle range of the beam) of the synthetic aperture sonar is narrow, the probability that the target enters the beam width is low, making it difficult to find the target, and in front of the target where it is easy to find the target. Even when the transmission / reception unit arrives, a significant echo cannot be obtained due to the aspect characteristic of the reflection of the target, and as a result, it may be overlooked.
一方、合成開口ソナーの音波ビーム幅を広げた場合には、ターゲットを見落とす確率は下がるが、広い範囲のノイズも拾ってしまうことから信号対残響比(SN比)が悪くなる。従って、闇雲に音波ビーム幅を広げることはできない。ここで、合成開口処理により、通常であれば、残響レベルは抑圧できるが、十分な抑圧効果を得るためには、ビーム幅に比例して合成開口長を長くする必要がある。しかしながら、必要な合成開口長が長くなると、水中航走体の位置を精度よく特性するのが難しくなり、他の問題が生ずることとなる。 On the other hand, when the sound beam width of the synthetic aperture sonar is widened, the probability of overlooking the target is lowered, but since a wide range of noise is also picked up, the signal to reverberation ratio (S / N ratio) is deteriorated. Therefore, the sound beam width cannot be expanded to the dark clouds. Here, by the synthetic aperture processing, the reverberation level can be suppressed normally, but in order to obtain a sufficient suppression effect, it is necessary to increase the synthetic aperture length in proportion to the beam width. However, if the required synthetic aperture length becomes long, it becomes difficult to accurately characterize the position of the underwater vehicle, and other problems will arise.
通常、沈底物を探査する高周波合成開口ソナーでは、図11に示すように、1回目の探査においては一方向に走査し、2回目の探査においては1回目の探査における走査方向と垂直に交わる方向に走査する90度交差の2航走でターゲット探査を行うことが多い。これは、例えば、ターゲットの反射特性に指向性がある場合であっても高周波合成開口ソナー2では、ターゲットの影に隠れる海底部分から反射波の強度がその周囲の海底部分からの反射波の強度に比べて明確に低下するため、たとえターゲットエコーの強度が十分でなくてもシャドウと呼ばれる影によってターゲットの存在を特定でき、2方向にわたって探査すれば相当な精度を持ってターゲットを見つけることができるからである。これに対して、低周波合成開口ソナー3では、埋没ターゲットの影と対比する周囲部分からの反射波の強度自体も弱く、明確なシャドウが形成されないため、ターゲットエコー強度によってターゲットの存在を特定する必要がある。
In general, in the high frequency synthetic aperture sonar that searches for sediments, as shown in FIG. 11, in the first exploration, it scans in one direction, and in the second exploration, it intersects perpendicularly with the scanning direction in the first exploration. Target exploration is often performed by two 90-degree crossings that scan in the direction. This is because, for example, even if the reflection characteristic of the target has directivity, in the high frequency
そこで、本実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体においては、低周波合成開口ソナー3において、ビーム主極の方向がそれぞれ異なる複数の音波ビームを送受信し、ビーム主極の方向が同じ受信信号同士を用いて画像をそれぞれ作成することとした。
例えば、図10に示すように、30度のビーム幅の音波ビームをビーム主極が30度、0度、−30度となるように振り、ビーム主極が30度、0度、−30度のときの受信信号同士でそれぞれ画像を作成する。これにより、ビーム主極が30度の時の画像、0度のときの画像、および−30度のときの画像が作成される。
なお、上記例に限られず、90度以下の一定のビーム幅を持つ音波ビームを複数の主極に振り、そのときに得られた受信信号を用いて主極毎に画像を作成すればよい。
Therefore, in the synthetic aperture exploration device and the underwater vehicle according to the present embodiment, the low frequency
For example, as shown in FIG. 10, a 30-degree beam width acoustic wave beam is swung so that the beam main pole is 30 degrees, 0 degrees, and -30 degrees, and the beam main pole is 30 degrees, 0 degrees, and -30 degrees. Images are created with the received signals at the time of. Thereby, an image when the beam main pole is 30 degrees, an image when it is 0 degrees, and an image when it is -30 degrees are created.
Note that the present invention is not limited to the above example, and a sound beam having a constant beam width of 90 degrees or less may be distributed to a plurality of main poles, and an image may be created for each main pole using the received signal obtained at that time.
このように、高周波合成開口ソナー2と共通の水中航走体10に搭載されている低周波合成開口ソナー3においても、高周波合成開口ソナー2と同様に90度交差の2航走でターゲットを探査できるようにすることで、探索効率を落とすことなく、全体の探査効率を維持することができる。
したがって、上述したように、低周波合成開口ソナー3においては、音波ビームの主極を3つの角度にわたって振ることで、1回の航走で、実際には3つの方向に走査を行ったのと同様の効果を得ることができる。これにより、航走回数を高周波合成開口ソナー2に合わせることができ、効率的にターゲットの探査を行うことができる。
In this way, the low-frequency
Therefore, as described above, in the low-frequency
以上説明してきたように、本実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体によれば、低周波合成開口ソナー3において、複数の主極方向に音波ビームを振ることにより、指向性を有するターゲットであっても効率的に探査することが可能となる。また、通常行われている高周波合成開口ソナー2の走査方法に合わせて探査を行うことができ、高周波合成開口ソナー2による探査効率を維持することができる。
As described above, according to the synthetic aperture exploration device and the underwater vehicle according to the present embodiment, the low frequency
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体について説明する。本実施形態では、低周波合成開口ソナー3の受信部を複数の受信素子が配列された受信アレイとして構成し、受信素子の組み合わせを変更することにより、疑似的にフェーズセンタをより一層密にするものである。例えば、図12に示すように、素子1から4、2から5、3から6、5から8、7から10、9から12でそれぞれ受信された信号を1つのデータのまとまりとしてビームを合成して画像を作成する。これにより、演算量は増えるものの、移動方向の空間サンプリングを密にすることができ、画像作成処理で移動方向にサンプリングが粗いときに発生しやすいグレーティングロブの発生を抑制することができ、画像の画質を向上させることが可能となる。なお、受信素子の配置間隔は、λ/2以下とする。ここで、λは音波の波長である。
[Third Embodiment]
Next, a synthetic aperture exploration device and an underwater vehicle according to a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the receiving portion of the low frequency
以上説明したように本実施形態に係る合成開口探査装置及び水中航走体によれば、移動方向の空間サンプリングを一層密にすることができ、画像画質を向上させることができる。
また、上述した第2実施形態にいおいても本実施形態のように、低周波合成開口ソナー3の送信部及び受信部を複数の素子からなるアレイによって構成し、それぞれの組み合わせを変えて音波ビームを送信するとともに、音波ビームを受信することとすれば、送波アレイの位相シフトを不要にでき、送信部の構成を簡略化することが可能となる。
As described above, according to the synthetic aperture exploration device and the underwater vehicle according to the present embodiment, spatial sampling in the moving direction can be made denser and image quality can be improved.
Also in the second embodiment described above, as in this embodiment, the transmitter and receiver of the low-frequency
1 合成開口探査装置
2 高周波合成開口ソナー
3 低周波合成開口ソナー
4 制御部
6 第1画像処理部
7 第2画像処理部
10 水中航走体
HF_Tx 第1送信部
HF_Rx 第1受信部
LF_Tx 第2送信部
LF_Rx 第2受信部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記水中航走体に搭載されるとともに、前記第1の周波数よりも低い第2周波数の音波ビームを送受信して画像信号を得る第2ソナーと
を備え、
前記第1ソナーと前記第2ソナーとを略同期送信させるとともに、前記第1ソナーのフェーズセンタおよび前記第2ソナーのフェーズセンタがそれぞれ等間隔になるように、前記第1ソナーと前記第2ソナーのチャネル数、物理開口長、及び送信周期並びに前記水中航走体の速度が調整されている合成開口探査装置。 A first sonar mounted on the underwater vehicle and transmitting and receiving a sound beam of a first frequency to obtain an image signal;
A second sonar mounted on the underwater vehicle and transmitting and receiving a sound beam having a second frequency lower than the first frequency to obtain an image signal;
The first sonar and the second sonar are transmitted substantially synchronously, and the first sonar and the second sonar are arranged so that the phase centers of the first sonar and the second sonar are equally spaced from each other. A synthetic aperture exploration device in which the number of channels, physical aperture length, transmission cycle, and speed of the underwater vehicle are adjusted.
前記送信アレイは、一方向に対して約90度幅の音波ビームを送信し、前記受信アレイのビーム主極を複数の方向に指向させることで、前記ビーム主極の方向がそれぞれ異なる複数の音波ビームを送受信する請求項4に記載の合成開口探査装置。 The second sonar has a transmitting array in which a plurality of transmitting elements are arranged and a receiving array in which a plurality of receiving elements are arranged,
The transmission array transmits a sound beam having a width of about 90 degrees with respect to one direction, and directs the beam main pole of the reception array in a plurality of directions, whereby a plurality of sound waves having different directions of the beam main pole are respectively provided. The synthetic aperture exploration device according to claim 4 which transmits and receives a beam.
前記受信アレイを構成する受信素子の組み合わせを変更することにより、複数のビーム主極に対応する受信アレイを形成する請求項4または請求項5に記載の合成開口探査装置。 The second sonar has a receiving array in which a plurality of receiving elements are arranged,
The synthetic aperture exploration device according to claim 4 or 5, wherein a receiving array corresponding to a plurality of beam main poles is formed by changing a combination of receiving elements constituting the receiving array.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107728153A (en) * | 2017-11-13 | 2018-02-23 | 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 | A kind of underwater panorama three-dimensional imaging towed body |
JP2019191045A (en) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 日本電気株式会社 | Synthetic aperture sonar, signal processing method therefor, and signal processing program |
CN110907937A (en) * | 2018-09-18 | 2020-03-24 | 中国科学院声学研究所 | A synthetic aperture 3D imaging method for buried objects based on "T" array |
CN112505710A (en) * | 2020-11-19 | 2021-03-16 | 哈尔滨工程大学 | Multi-beam synthetic aperture sonar three-dimensional imaging algorithm |
CN114200458A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-18 | 广东智能无人系统研究院 | Underwater buried target exploration method based on autonomous underwater robot |
CN117890894A (en) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 浙江星天海洋科学技术股份有限公司 | Multi-beam detection system and method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06118166A (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | Synthetic aperture radar |
JPH06138220A (en) * | 1992-10-30 | 1994-05-20 | Toshiba Corp | Moving target detecting radar device |
JPH10153657A (en) * | 1996-11-26 | 1998-06-09 | Nec Corp | Two frequency sls device |
JPH11352224A (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Radar apparatus |
JP2002214341A (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-31 | Nec Corp | Synthetic aperture sonar and method of processing synthetic aperture |
JP2008203228A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-04 | Nec Corp | Synthetic aperture radar and the synthetic aperture radar image reproduction processing method |
JP2010025739A (en) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Hitachi Ltd | Composite opening sonar |
-
2010
- 2010-12-24 JP JP2010287867A patent/JP5709513B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06118166A (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | Synthetic aperture radar |
JPH06138220A (en) * | 1992-10-30 | 1994-05-20 | Toshiba Corp | Moving target detecting radar device |
JPH10153657A (en) * | 1996-11-26 | 1998-06-09 | Nec Corp | Two frequency sls device |
JPH11352224A (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Radar apparatus |
JP2002214341A (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-31 | Nec Corp | Synthetic aperture sonar and method of processing synthetic aperture |
JP2008203228A (en) * | 2007-02-23 | 2008-09-04 | Nec Corp | Synthetic aperture radar and the synthetic aperture radar image reproduction processing method |
JP2010025739A (en) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Hitachi Ltd | Composite opening sonar |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
CSNJ200510004225; 諏訪啓、外1名: '"スパースな受信アレーを用いた機体正面方向のレーダ画像化方式"' 電子情報通信学会2004年通信ソサイエティ大会講演論文集1 , 20040908, p.218 * |
JPN6014025318; 諏訪啓、外1名: '"スパースな受信アレーを用いた機体正面方向のレーダ画像化方式"' 電子情報通信学会2004年通信ソサイエティ大会講演論文集1 , 20040908, p.218 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107728153A (en) * | 2017-11-13 | 2018-02-23 | 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 | A kind of underwater panorama three-dimensional imaging towed body |
CN107728153B (en) * | 2017-11-13 | 2024-03-29 | 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 | Underwater panoramic three-dimensional imaging towed body |
JP2019191045A (en) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | 日本電気株式会社 | Synthetic aperture sonar, signal processing method therefor, and signal processing program |
JP7102907B2 (en) | 2018-04-26 | 2022-07-20 | 日本電気株式会社 | Synthetic aperture sonar, its signal processing method, and signal processing program |
CN110907937A (en) * | 2018-09-18 | 2020-03-24 | 中国科学院声学研究所 | A synthetic aperture 3D imaging method for buried objects based on "T" array |
CN110907937B (en) * | 2018-09-18 | 2022-01-11 | 中国科学院声学研究所 | Buried object synthetic aperture three-dimensional imaging method based on T-shaped array |
CN112505710A (en) * | 2020-11-19 | 2021-03-16 | 哈尔滨工程大学 | Multi-beam synthetic aperture sonar three-dimensional imaging algorithm |
CN112505710B (en) * | 2020-11-19 | 2023-09-19 | 哈尔滨工程大学 | A multi-beam synthetic aperture sonar three-dimensional imaging algorithm |
CN114200458A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-18 | 广东智能无人系统研究院 | Underwater buried target exploration method based on autonomous underwater robot |
CN117890894A (en) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 浙江星天海洋科学技术股份有限公司 | Multi-beam detection system and method |
CN117890894B (en) * | 2024-03-15 | 2024-05-28 | 浙江星天海洋科学技术股份有限公司 | Multi-beam detection system and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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