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公開番号2024057746
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022164608
出願日2022-10-13
発明の名称超音波送信制御装置、超音波送信装置および水中探知装置
出願人日本無線株式会社
代理人個人
主分類G01S 7/524 20060101AFI20240418BHJP(測定;試験)
要約【課題】高い分解能で駆動信号の位相制御を行なうことが可能な超音波送信制御装置、超音波送信装置および水中探知装置を提供する。
【解決手段】信号波と三角波とを比較して駆動信号を生成するコンパレータ35と、コンパレータ35に入力される信号波の振幅および位相を制御する振幅制御部38および位相制御部39とを備える駆動信号生成部DG1～DGnをFPGA321に搭載し、振幅制御部38および位相制御部39は、FPGA321の動作クロック毎に信号波の振幅制御および位相制御を行なう。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数の振動子のそれぞれに、ＰＷＭ波からなる駆動信号に基づいて生成された送波信号を入力し、前記複数の振動子から超音波を送信させる超音波送信制御装置であって、
信号波を生成する第１のＤＤＳと、
キャリア波を生成する第２のＤＤＳと、
前記信号波と前記キャリア波とを比較して前記駆動信号を生成するコンパレータと、前記コンパレータに入力される前記信号波の位相を制御する位相制御部と、前記コンパレータに入力される前記信号波の振幅を制御する振幅制御部と、を備え、前記複数の振動子のそれぞれに対応して設けられた複数の駆動信号生成部と、
を備え、
前記第１のＤＤＳ、前記第２のＤＤＳおよび前記複数の駆動信号生成部は、ＦＰＧＡに搭載されており、
前記位相制御部および前記振幅制御部は、前記ＦＰＧＡの動作クロック毎に前記信号波の位相制御および振幅制御を行なう、
ことを特徴とする超音波送信制御装置。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記信号波は、周波数ｆ（ｔ）が以下の数式（１）および数式（２）にしたがって変調する指数チャープ信号である、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送信制御装置。
ｆ（ｔ）＝（ｆ０－１）＋Ｋ
t
・・・・・・（１）
Ｋ＝（Ｂ＋Ｃ）
(1/tau)
・・・・・・・・（２）
（ｆｏ：開始周波数、Ｋ：周波数の増加率、Ｂ：チャープ帯域幅、Ｃ：１以下の定数、ｔａｕ：チャープ時間）
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波送信制御装置と、
前記超音波送信制御装置から入力された駆動信号に基づいて送波信号を生成する複数の送波信号生成部と、
前記送波信号生成部から入力された前記送波信号に基づいて超音波を送信する複数の振動子と、
を備えることを特徴とする超音波送信装置。
【請求項４】
船舶に搭載される水中探知装置であって、
請求項３に記載の超音波送信装置と、
前記超音波送信装置の複数の振動子が超音波を受信することにより発生した受信信号を処理して物標の映像信号を生成し、モニタに表示する信号処理部と、
前記船舶の傾きを検出する傾き検出部と、
を備え、
前記超音波送信装置の位相制御部は、前記傾き検出部により検出された前記船舶の傾き量および傾き方向に応じて前記信号波の位相を制御する、
ことを特徴とする水中探知装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送信制御装置と、超音波送信制御装置の制御により超音波を送信する超音波送信装置と、超音波送信装置を備えた水中探知装置と、に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載されるスキャニングソナーなどの水中探知装置は、送受波器に組み込まれた複数の振動子により、水中に超音波を送信し、物標によって反射した反射波を受信する。水中探知装置は、受信した反射波に基づいて魚群などの水中の情報に関する画像を生成し、表示装置にその画像を表示する。このような水中探知装置では、船舶が動揺した場合でも所定の俯角に対して超音波を送信するために、超音波の指向性（送信方向）を制御している。
【０００３】
図５は、従来の水中探知装置にて用いられている超音波送信装置１０を示している。超音波送信装置１０は、超音波送信制御装置１０１と、複数の送波信号生成部ＴＧ１、ＴＧ２～ＴＧｎと、送受波器１０２とを備えている。送波信号生成部ＴＧ１、ＴＧ２～ＴＧｎは、超音波送信制御装置１０１と、送受波器１０２の各振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎとの間に接続されている。
【０００４】
超音波送信制御装置１０１は、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）用ＩＣ１０１ａと、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１０１ｂとを備えている。ＤＤＳ用ＩＣ１０１ａは、所定の振幅および周波数を有する矩形のキャリア波を生成してＦＰＧＡ１０１ｂに入力する。ＦＰＧＡ１０１ｂは、ＤＤＳ用ＩＣ１０１ａから入力されたキャリア波を超音波の送信チャンネル毎に分岐させて駆動信号を生成し、各送波信号生成部ＴＧ１、ＴＧ２～ＴＧｎに入力する。送波信号生成部ＴＧ１、ＴＧ２～ＴＧｎは、ＦＰＧＡ１０１ｂから入力された駆動信号に基づいてアナログの送波信号を生成し、振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎに入力する。各振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎは、送波信号に基づいて駆動することにより超音波を発生する。図中、送受波器１０２の右側には、各振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎから送信される超音波の波形と、そのエンベロープとを示している。
【０００５】
また、ＦＰＧＡ１０１ｂは、船舶の揺動を検出する傾き検出部（図示せず）の検出結果に基づいて、各送波信号生成部ＴＧ１、ＴＧ２～ＴＧｎに入力される駆動信号の位相が遅延するように位相制御を行ない、超音波の送信方向を調整する。
【０００６】
このような従来の超音波送信装置１０では、一定のパルス幅の駆動信号に基づいて生成された送波信号により振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎを駆動しているため、各振動子ＴＤ１、ＴＤ２～ＴＤｎから送信される超音波のエンベロープは矩形状になる。超音波のエンベロープが矩形状になると、送信される超音波には、予め設定された所望の周波数の他に、高い振幅レベルの不要波成分が含まれてしまうため、自船または近くの他船の物標探知に各種の悪影響を与えてしまう。このような不要波成分を除去するために、パルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）された駆動信号を用いて、超音波のエンベロープを制御するようにした超音波送信装置が発明されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００４－３５４２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波送信装置は、上述した従来の超音波送信装置１０と同様に、矩形波を出力するＤＤＳと、駆動信号の出力タイミングなどを制御するＦＰＧＡなどを用いているが、アナログ回路の比率が高いため、高い分解能で駆動信号の位相制御を行なうことはできなかった。
【０００９】
そこで本発明は、高い分解能で駆動信号の位相制御を行なうことが可能な超音波送信制御装置、超音波送信装置および水中探知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の振動子のそれぞれに、ＰＷＭ波からなる駆動信号に基づいて生成された送波信号を入力し、前記複数の振動子から超音波を送信させる超音波送信制御装置であって、信号波を生成する第１のＤＤＳと、キャリア波を生成する第２のＤＤＳと、前記信号波と前記キャリア波とを比較して前記駆動信号を生成するコンパレータと、前記コンパレータに入力される前記信号波の位相を制御する位相制御部と、前記コンパレータに入力される前記信号波の振幅を制御する振幅制御部と、を備え、前記複数の振動子のそれぞれに対応して設けられた複数の駆動信号生成部と、を備え、前記第１のＤＤＳ、前記第２のＤＤＳおよび前記複数の駆動信号生成部は、ＦＰＧＡに搭載されており、前記位相制御部および前記振幅制御部は、前記ＦＰＧＡの動作クロック毎に前記信号波の位相制御および振幅制御を行なう、ことを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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