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1. (WO1983001515) UNITE D'AFFICHAGE D'ECHOS POUR UNE PLURALITE DE SECTEURS
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明 細 書

発明の名称 '

複教セク タ のェコ一表示装置

技術分野

この発明は円弧形に配列した送受波器のエ レメン. ト列を用いて所—定の'セク タに音波 ビームを送波し、 その後上記エ レメ ソト列を用いて受波 したエ コー信 号の位相と振幅を処理 して尖鋭 受波.ビ一ム を作 ]3、 この受波 ビームによ i?上記セクタの範囲をスパイラ ル状に走査 し、 この走査に よ ]? 得られたヱコ一信号 を走査形表示器に映像 として表示するエ コー表示装 置に関する。 ' · .

背景技術

送受波器のエレメ ント列を円形に配列 し、 そのェ レメントの全体を用いて音波パル スを水中内に放射 し、その後、 このエレメント列に受波されるエコー 信号の位相及び振幅を処理 して尖鋭 ¾受波 ビームを 作 ]? 、この受波ビームによ ]9 ヽエレメント列の軸心 を中心にス パイラル走査し、その走査に よ ]? 得られ たエ コー信号をブ ラゥン管のよう 走査形表示器に 映像と して表示する ことによ 目標物の位置-、 方位、 形状を探知する ソナー装置が知 られて る。

音波の放射方向を水面 と平行と するのみな らず、 水面に対 して斜めに音波を放射 して探知するために、

OMPI 送受波器エ レメ ント列の軸心を傾斜制御する手段を 設ける ことるどのために、 送受波器エ レメント列を 円形に配置するこ とができず、 その一部を欠き、 円 弧状配置とせざるを得ない場合がある。 この場合は その円弧状エ レメ ント列による探知範囲はセク タ状 に J9、 探知表示も セクタ状になる。 エレメント列 の軸心を中心と して 3 6 0 度にわたる探知を行 うた めには或る角度範囲を探知 した後に、 エレメント列 をその軸心の周 ? に回動 して、 それまでに探知 して ない角度範囲を探知する ことになる。 一方、 音波の 水中での伝搬速.度は 1 秒間で 1 5 0 0 程度である ため、 1 5 0 0 まで探知するには 2 秒間もか ]J、 かつ従来のブラ ウン管は残光時間が短か ため、 あ る角度範囲の探知表示を行 、 次にその他の角度範 囲の探知表示を、 これら二つの探知角度範囲の相対 角度位置を保持 して行 うことは困難である。 つま ]? こ のようにして 3 6 0 度にわたる探知を十分 輝度 で表示させる こ とはでき かった。

発明の開示

こ の発明の 目的は円弧形の送受波器エ レメ ント列 を用 、 しかもエレメント列の軸心に対し 3 - 6 0 度 にわたる探知情報の表示を良好に行う ことができ る 複数セ クタのェコ一表示装置を提供する こ とにある。

この発明に よれば円弧形に配列 した送受波器のェ

Ο ΡΓ レメント列を用いて所定のセ クタに受波ビームを送 波.し、その後、' 上記エ レメント列を用いて、受波し たエ コー信号の位相及び振幅を処理 して得た尖鋭 ¾ 受波 ビームを、上記セクタの範囲にスパ イラル状に 走査するエ コ ー探知装置において、 セクタ切換手段 によ ]? ヱレメント列をその軸心を中心に回動 して、 探知セク タを選択する ことができるように構成され、 上記受波ビー ムの走査に よ 得たェ コー信号は距離 及び方位と、 上記選択されたセ クタとに応じた主記 億回路の記憶番地に、 誊込のア ドレス制御回路に よ 記憶され、 こ の主記憶回路はブ ラウン管のような 走査形表示器と 同期 して表示のァ ド レス制御回路に よ ]?読出され、 その読出されたエ コー信号は表示情 報 として走査形表示器に供給される。

このように構成されてあ るから 1 つのセクタに対 するエ コー信号を主記憶回路に記憶 した後、 その他 のセ クタに対するヱコ一信号を主記憶回路に記憶 し、 以下同様にして、 エ レメント列の軸心の 3 6 ひ度に わたる エコー信号が主記憶回路に記憶され、 こ の主 記憶回路の全体が読出 されて表示器に 3 6 0 度にわ たるエ コー信号の映像が表示され、 主記憶回路の読 出 し速度を適当 なものとすることによ読取 ]) 易い 表示'と することができる。

図面の簡単 説明 ■

' O FI - 第 1 図はこの発明に よる複数セク タのエ コー表示 装置の一例を示すブロ ック図、

第 2 図はセクタを 3 個とした場合のこ の発明の表 示装置によ る表示例を示す図であ る。

. 発明を実施するための最良の形態

第 1 図はこの発明に よるエコー表示装置の主要部 の構成例を示す。 送受波に用 る音波と電力 との変 換を行な うエレメント列 1 は図のように例えば数 10 個のセ ラミックやフェライトのエレメントを円弧形 に組上げてあ ]3、図示してな が、 ソナドームと称

, する耐水ケ ースに収納 して 'ある。音波の送波時には エレメント列 1 のうち、必要とする部分に、音波周 波数の電力を送信回路か ら送 ])込む。

エレメント列 1 が図示のように全周でるく、即ち 3 6 0 度にわたる ことなく、一部分が欠けているの は、 その欠けたス ペ ースに、音波ビームの送受波の 方向を傾斜させる (伏角調整と呼ぶ )ための機構を 収容するためであ る。 この伏角調整を行な うことに よって、音波ビームを水面か ら水底の方向ま で変向 する ことができ る。エレメント列 1 の寸法、個数 どは、 目標とする音波ビ ームの尖鋭さ、 強さな どに よってさだめ られる。 例えば、 音波の周波数 7 5 キ 口へ ツ、受波ビ一ム の幅 1 0 度、送波のための電 力キ ロワットの場合には、エレメント列 1 の直径 25

REA

O PI センチメートノレ、長さ 2 0 センチメートル、エレメ ン ト数 4 0 、材質チタン酸バリウムである。

エ レメント列 1 はその軸心位置 と一致した旋回シ ャフト 2 に取付け られ、旋回シャフト 2 は旋回用モ ータ 2 0 1 によって回転され、 エレメント列 1 をそ の軸心を中心に—回 し、 音波の送受波を行 ぅセク タ (角度領域)を変更する。 旋回シ ャフト 2 は伏角 シャフト 3 に取付けられ、伏角シ ャフト 3 は伏角用 モータ 3 0 1 によって回動され、 エ レメント歹 Ij l の 軸心の傾斜を変向 し、 エレメント列 1 の伏角の調整 が行われる。

½回用モ ー タ 2 0 1 と伏角用モ ータ 3 0 1 の起動 及び停止は角度制御回路 4 から供給される制御電力 に よって行われる。 角度制御回路 4 の動作は送受制 御回路 7 によつて制御される。

エ レメント列 1 に受波音波によ ]3誘起したエコー 信号は受信回路 6 で増幅され、 その増幅されたアナ 口 グ信号はデ ジタル値に変換 ( A — D変換と呼ぶ ) される と共に、 エレメント列 1 の全部まえは一部の エ レメントに誘起したエコーの信号の振幅と位相が、 受波 ビームができるだけ尖鋭にな るように処理合成 され、 かつ送受制御回路 7 の指令に もとづいて上記 の受波 ビームが、あらかじめきめたセクタの範囲を スパイラル状に走査する ようにされる。 この走査の

OMFI

方法は、 在来の走査型のソ ナ 一と同様に、エレメン ト列 1 のなかの複数のエ レメントのエコー信号の振 幅と位相を処理 して合成 し、 尖鋭な受波ビー ムが得 られる よ うな回路構成と し、かつこれら振幅 · 位相 の相対関係を上記複数のエ レメ ントについてあ らか じめ きめたセクタの範囲で、電子的に順送 ]?制御し て、 尖銳 受波 ビームが上記のセク タの範囲で高速 に部分的のス パ イラル状に走査する ようにされる。

このよ うな手順で行った走査によ 得たエ コー信 号を A D変換して主記憶回路 1 0 に記憶する。 こ の動作は後で説明する。 - 書込のア ドレス制御回路 8 は、受波したエコー信 号が、 そのエ コーを発生 した水中の目標物の相対的 の位置になる よ うに、カラ一ブラウン管 1 4 に表示 するための、 表示の場所 (以下、アドレスと呼ぶ) の制御を行な う。 このア ドレスの制御の基準にする ために、 送受制御回路 7 から謇込のア ドレス制御回 路 8 に、角度制御回路 4 による音波の送波と受波を 行な う.セクタの指定、送信回路 5 の送波のための ト リ ガ信号、 受信回路 6 の受波ビームの走査を指令す る信号をそれぞれ加えて、 上記のァ ドレスを正しく する o

すャに説明 した ように、走査の指令を受けて、 尖 銳 受波 ビームを走査して得たエ コー信号は、 A—

CMFI D変換されて主記憶回路 1 0 に記憶される。 書込の ァ .ドレス制御回路 8 は、座標変換の機能を備えてい る。 この発明においては、 尖鋭な受波 ビームをあら か じめきめたセクタのなかでスパイラル状に走査し て、 距離と方向の情報を もったエコー信号を得るの で ¾ 。

従って、 カ ラ一ブラ ウン管 1 4 の電子ビームの映 像形成方式が、 一般のテ レ ビジョンのように、縦軸 と横軸の掃引線上における輝点の集合形式であれば、 上記のス パイラル状にとらえたエコー信号を映像化 する ときに縦軸と横'軸の掃引線 (以下、 ラスタと呼 ぶ )に移しかえることが必要である。

この移 しかえの動作を座標変換と呼んでいる。 上 記の ように動作する書込のァ ド レス制御回路 8 から 座標変換を行なったエ コー信号の ラスタにおける位 置の情報を、 記憶のァ ドレス切換回路 9 に加えるが こ で表示のァ ドレス制御回路 1 2 にて作成 した力 ラ一ブラウン管 1 4 のラスタの基準になる信号が加 え られて、 座標変換 した位置の信号が、 ラ スタの正 しい位置に現われる よ うに配列されて、 主記憶回路 1 0 のエコー信号を記憶する位置が設定される。

表示のア ドレス制御回路 1 2 の出力の一部は、 力 ラ 一ブラウン管の偏向回路 1 3 に加えられて波形成 形、 増幅されて カラ一ブラウン管 1 4 の電子ビーム

ΟΜΡΙ を ラスタに掃引する。

.このようにして作成されたラ スタは、. 送受制御回 路 7 の指令に従って受信回路 6 が尖鋭な受波 ビーム に よって走査して求めたェ コ 一信号の位置に対応し て ^る。

以上に説明 した ように、エコー信号を記憶する と き のアドレスが設定された主記憶回路 1 0 に、受信 回路 6 から A— D変換されたエ コ ー信号が加え られ て記憶され、 記憶のア ド レス切換回路 9 の指令に よ つて、 カラー出力回路 1 1 を介して カラ一ブラウン 管 1 4 の 3 原色の電子 ビームを密度変調する。 - カ ラ'一出力回路 1 1 は、主記憶回路 1 0 の出力の デ ジタル値を、これに対応 した色となる よ うに 3 原 色 (赤、緑、青)の成分に分解する回路 (カラーマ トリックスと呼んで る)を含んでいる。 そして、 カ ラ一マトリックスを通って、カラーブラウン管 14 の映像に現われるエ コー信号の色彩は、 受信回路 6 の A— D変換の特性に対応 した色彩になる。 例えば、 予想される最強のエ コーを赤色、 中強度のエ コーを 黄色、 最弱のエ コーを青色の映像にする場合には、 最強のエ コーの ときは赤色の電子ビ ームのみヽ中強 度のエ コーの時には、 3 色の電子ビー ム を適量ずつ 混合する よ う 出力がカ ラー出力回路 1 1 からカラ — ブラウン管 1 4 の 3 原色の電子ビームの制御電極

f ^

に加え られるのである。

値揷入回路 1 5 は、受波ビームのエコーの走査 範囲 (セクタ、距離、角度など)、その水域と水温 な どのデジタル数値をカ ラ 一ブラウン管 1 4 の表示 面上に揷入表示するため、 それ らのデジタ ル数値の ラスタ上の位置を送受制御回路 7 の指令に よって設 定する。 この回路 1 5 はその表示数値の形状、 寸法 をきめる回路な どを含み、 その出力をカ ラー出力回 路 1 1 に加えて、 エコーの映像と デジタ ル数値をス 一パーポー ズ して表示する。

第 2 図は、 セクタを 1 2 0 度.とし、 3 個のセクタ を接続 して 3 6 0 度にわたる エ コーをブラウン管に 同時に表示する場合の との発明の実施例を示す。 力 ラーブラウン管の表示面 2 0 に、 3 個のセクタ 2 1 , 2 2 , 2 3 の映像と、 伏角の角度、 映像の表示範 囲を示す距離を示すデ ジ タル数値 2 6 , 2 7 が例示 し ""しある。

これ らの映像は主記憶回路 1 0 から読み出される 信号の繰返し周期が、 通常のカ ラーテ レビジョン方 式の ように毎秒数 1 0 回以上であれば、 われわれの 目 には違続 して輝やいている映像にみえるが-、 本実 施例においては、 セ クタ 2 1 の映像が現れた後に、 セ クタ 2 2 の映像が現われ、 次にセ クタ 2 3 の映像 が現われて 3 6 0 度の映像が完成し、 こ の動作が毎

O PI 秒数 1 0 回の割で繰返される よ うに構成してある。

.例えば、 セクタ 2 1 の受持ち範囲の受波エ コーを 主記憶回路 1 0 に記憶した後に、 セクタ 2 2 の受持 ち範囲の受波エ コーを主記憶回路 1 0 に記憶する と き には、旋回用モー タ 2 0 1 によって、エレメント 列 1 をセクタ 2 2 に指向する ように旋回しなければ ¾ ら ¾い。 従って、 全セク タの受持ち範囲の受波ェ コ一の記億が完了する ま でには、数秒間 ¾い し ¾10 秒間が必要である。 この発明においては、 主記億回 路 1 0 の内容が各セ ク タの受持ち範囲の走査が完了 して次の走査が繰返して行われ ま で保持してある ので、 全セ クタの'受波エコーを記憶した内容を毎秒 数 1 0 回の割合で読みだすこ とによって、 度 にわたる明瞭な映像が得 られるのである。

これらのセク タ 2 1 , 2 2 , 2 3 のなかにエコー の映像 A , B , C , Dがあるが、すでに説明 したよ う に、これらのエコーの映像は、 それらの強度に応 じた色彩を もっている。

こ の発明の装置を装備 した船舶の船首な どの基準 方向を示すマーク 2 5 が表示され、 各セ クタの指向 方向はこ のマーク 2 5 を基準に読みと る。 この船舶 の近 くの水域か ら戻って きたノイズのエコーと、波 浪のエ コーなどが映像 2 として現われている。 セ ク タ 2 1 , 2 2 の境界附近 2 8 では、セクタ 2 1 の

Ο ΓΙ 受波ビームの走査が終了 してか らセクタ 2 2 の受波 ビー ムの走査が行なわれる までの時間差に よって.、 エ コーに変動があった場合には、 同一の 目標物か ら のエ コーであって も映像例 B と C の位置が不違続に 表示される こ ともある。このようるセクタ間の不連 続性を輊減するには、 各セ クタの範囲をせばめる こ とによって、隣接のセ クタにエレメント列 1 を変向 するま での時間を短縮ナればよ く、例えばセク タの 範囲を 6 0 度に選定する。 なお、 上記のセ クタの境 界附近 2 8 における映像の視覚的の不連続を輊減す るには、 各セ クタの境界附近を隣接のセ ク 'タに重ね る ように表示すればよ く、この目的のためには、 表 示のァ ド レス制御回路 1 2 と書込のァ ドレス制御回 路 8 の少 ¾ くとも一方の動作を、主記憶回路 1 0 の 出力が上記の 目的にそ うように設定すればよ い。

公知の よ うに水中を音波が伝ばんする速度は、 毎 秒約 1 5 0 0 メータであるので、エコー探知を要す る 自標物が 1 5 0 0 メータの距離にあるとすれば、 上記の よう セクタのなかの目標物を探知するに要 する時間はほ 、 2 秒間と る。 従って、 第 2 図に例 示 した 3 個のセクタによって、 3 6 0 度の範囲の 目 標物を探知するに要する時間は約 6 秒と る。 もし、 在来 0記憶回路を用い ¾ 表示装置を用いて、 上記 と 同様のセ クタの映像を表示したと 仮定する と、 ブ

O PI ラ ウン管の残光時間を過ぎたエ コーの映像が消滅し て.しま うので、全部のセク タを同時に観測する こ と が不可能である。

こ の発明は主記憶回路 1 0 に各セクタのエコー信 s 号を記憶した後に、 繰返 して読みだして表示するの で、 カラ一テレビジョン用のブラウン管のように残 光時間が数 1 0 分の 1 秒の短かいブラ ウン管でも 明 瞭 表示が得 られる。

上記の説明はエレメ ン ト列 1 の軸心を中心と した 1 0 周囲の 目標物のエ コー信号を、 複数のセ クタ 2 1 ,

2 2 , 2 3 に分けて、 連続的の映像と して表示 した が、 複数のセク タのうちの 1 個のセクタのエ コー信 号を受波する と きに、旋回シャフト 2 と伏角シャフ ト 3 を他の目標物の方向、 例えぱ水底の方向に移動 i s させる ことによって、エコー信号の垂直分布を表示

する こともできる。

図示 してないが、 数値揷入回路 1 5 に、数値の他 にエ コーの映像の距離と角度を計測するためのマ一 ク を発生する機能を加え、 このマークに相当する数

2 0 値をブラ ウ ン管の表示面 2 0 の適当: 5:場所に表示す

る こともできる。またカラ一ブラウン管にエコー信 号を表示する場合に限らず、 白黒ブラ ウ ン管に表示 しても よく、更に一殺の走査形表示器に表示させる

2 4 こ ともできる。

CMPI