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公開番号2024085385
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-26
出願番号2023194964
出願日2023-11-16
発明の名称サイド・ライブ・ソナー用のビーム整形ソナーシステム及び関連する方法
出願人ナビコインコーポレイテッド,NAVICO, INC.
代理人個人,個人,個人
主分類G01S 15/89 20060101AFI20240619BHJP(測定;試験)
要約【課題】ユーザにとって妥当なコストを提供しつつ、ソナー画像機能を改良したソナーシステムを提供する。
【解決手段】水中環境を画像化するシステムを提供する。このシステムは、トランスデューサ素子の1つ以上のアレイを含む。各アレイは固定の位相シフトで周波数を変化させて動作し、これにより、第1範囲の角度及び第2範囲の角度の複数のソナー戻りビームをビーム整形する。これらのアレイは、船舶から前方に、船舶の各側面から、及び船舶の下方に広がるソナー・カバー範囲の円弧を生成するように配向されている。従って、複数の2Dライブ・ソナー画像を形成することができる。複数のソナー戻りビームのうちの1本以上を選択し使用して、別個のトランスデューサ素子を必要とせずに、釣り人が慣れたソナー画像を形成することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水中環境のソナー画像を生成して提示するシステムであって、
船舶に装着可能なソナー・トランスデューサ・アセンブリと、
ディスプレイと、
プロセッサと、
コンピュータが実行可能な命令を含むメモリと
を具えたシステムにおいて、前記ソナー・トランスデューサ・アセンブリが、
前記船舶の第１側面に配置され、該第１側面から外向きかつ下向きに向けられた１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイと、
前記船舶の第２側面に配置され、該第２側面から外向きかつ下向きに向けられた１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイとを具え、
前記１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイの各々が、複数の第１トランスデューサ素子を具え、
前記１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイの各々が、複数の第２トランスデューサ素子を具え、
前記船舶の前記第２側面は、前記船舶の前記第１側面の反対側であり、
前記コンピュータが実行可能な命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
前記１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイから第１ソナー戻りデータを受信させ、
前記１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイから第２ソナー戻りデータを受信させ、
前記第１ソナー戻りデータを周波数に基づいてフィルタ処理させて、前記船舶の前記第１側面に対応する複数の第１ソナー戻りビームを形成させ、
前記第２ソナー戻りデータを周波数に基づいてフィルタ処理させて、前記船舶の前記第２側面に対応する複数の第２ソナー戻りビームを形成させ、
前記船舶の前記第１側面に向いた前記水中環境の第１ソナー画像を生成させ、該第１ソナー画像は、前記１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイからの前記複数の第１ソナー戻りビームからの前記第１ソナー戻りデータで形成された第１の二次元ライブ・ソナー画像であり、該第１の二次元ライブ・ソナー画像を形成するために用いる前記第１ソナー戻りデータは、前記複数の第１トランスデューサ素子によってほぼ同時に受信され、
前記船舶の前記第２側面に向いた前記水中環境の第２ソナー画像を生成させ、該第２ソナー画像は、前記１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイからの前記複数の第２ソナー戻りビームからの前記第２ソナー戻りデータで形成された第２の二次元ライブ・ソナー画像であり、該第２の二次元ライブ・ソナー画像を形成するために用いる前記第２ソナー戻りデータは、前記複数の第２トランスデューサ素子によってほぼ同時に受信され、
前記第１ソナー画像及び前記第２ソナー画像の前記ディスプレイ上への提示を行わせ、前記第１ソナー画像は、ユーザの視点から見て、前記ディスプレイ上の前記第２ソナー画像の右側に提示される
システム。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記プロセッサは、更に、
前記水中環境の第３ソナー画像を生成し、
前記第３ソナー画像の前記ディスプレイ上への提示を行うように構成され、
前記第３ソナー画像は、前記船舶の前記第１側面及び前記第２側面の両方に向いた前記水中環境の現在及び履歴的光景であり、前記第３ソナー画像は、前記複数の第１ソナー戻りビームの第１部分集合に対応するソナー画像データの第１現在画像スライス、及び前記複数の第２ソナー戻りビームの第２部分集合に対応するソナー画像データの第２現在画像スライスで形成され、前記第１部分集合は、前記複数の第１ソナー戻りビームのうちの少なくとも１本、かつ前記複数の第１ソナー戻りビームのうちの１０本以下であり、前記第２部分集合は、前記複数の第２ソナー戻りビームのうちの少なくとも１本、かつ前記複数の第２ソナー戻りビームのうちの１０本以下であり、前記第１現在画像スライスは、前記第３ソナー画像上の、前記第３ソナー画像の右側に配置され、前記第２現在画像スライスは、前記第３ソナー画像上の、前記第３ソナー画像の左側に配置され、前記第３ソナー画像の残り部分は、前記１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイ及び前記１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイから以前に捕捉したソナー戻りデータからのソナー画像データの履歴的スライスで形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１部分集合及び前記第２部分集合の各々が、水平面の５度未満の幅のビーム整形された領域をカバーする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第３ソナー画像が、前記ディスプレイ上の、前記第１ソナー画像及び前記第２ソナー画像の下方に提示される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１ソナー画像が、前記複数の第１ソナー戻りビームの前記第１部分集合に重ね書きされて前記第１部分集合を示す第１強調特徴形状を含み、前記第１部分集合は、前記第３ソナー画像用のソナー画像データの前記第１現在画像スライスに対応し、前記第２ソナー画像が、前記複数の第２ソナー戻りビームの前記第２部分集合に重ね書きされて前記第２部分集合を示す第２強調特徴形状を含み、前記第２部分集合は、前記第３ソナー画像用のソナー画像データの前記第２現在画像スライスに対応する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１強調特徴形状が前記ディスプレイ上を移動可能であり、前記第２強調特徴形状が前記ディスプレイ上を移動可能であり、前記第３ソナー画像用のソナー画像データの前記第１現在画像スライスが、前記複数の第１ソナー戻りビームの前記第１部分集合上の前記第１強調特徴形状の配置に応じて変化し、前記第３ソナー画像用のソナー画像データの前記第２現在画像スライスが、前記複数の第２ソナー戻りビームの前記第２部分集合上の前記第２強調特徴形状の配置に応じて変化する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第３ソナー画像が、前記第１現在画像スライス上に重ね書きされて前記第１現在画像スライスを示す第３強調特徴形状を含み、前記第１現在画像スライスは、前記第３ソナー画像上の、前記第３ソナー画像の右側に配置され、前記第３ソナー画像が、前記第２現在画像スライス上に重ね書きされて前記第２現在画像スライスを示す第４強調特徴形状を含み、前記第２現在画像スライスは、前記第３ソナー画像上の、前記第３ソナー画像の左側に配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、１つ以上の第３ソナー・トランスデューサ・アレイを更に具え、該１つ以上の第３ソナー・トランスデューサ・アレイは、前記船舶の前面に配置され、前記船舶の前記前面から前向きかつ下向きに向けられ、前記１つ以上の第３ソナー・トランスデューサ・アレイの各々が、複数の第３トランスデューサ素子を具え、前記船舶の前記前面は前記第１側面及び前記第２側面に概ね垂直であり、前記プロセッサが、更に、
前記１つ以上の第３ソナー・トランスデューサ・アレイから第３ソナー戻りデータを受信し、
前記第３ソナー戻りデータを周波数に基づいてフィルタ処理して、前記船舶の前記前面に対応する複数の第３ソナー戻りビームを形成し、
前記船舶の前記前面からの、または前記船舶の下方のいずれかの前記水中環境の第４ソナー画像を生成するように構成され、該第４ソナー画像は、第３の二次元ライブ・ソナー画像であり、前記１つ以上の第３ソナー・トランスデューサ・アレイからの前記複数の第３ソナー戻りビームの少なくとも一部からの少なくとも前記第３ソナー戻りデータで形成され、前記第３の二次元ライブ・ソナー画像を形成するために用いる前記第３ソナー戻りデータは、前記複数の第３トランスデューサ素子によってほぼ同時に受信されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記第３ソナー画像が、前記ディスプレイ上の前記第１ソナー画像及び前記第２ソナー画像の下方に提示され、前記第４ソナー画像が、前記ディスプレイ上の前記第１ソナー画像及び前記第２ソナー画像の上方に提示される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記船舶の表現が前記ディスプレイ上に提示され、前記第１ソナー画像が、前記ディスプレイ上の前記船舶の前記第１側面に相当する表現の右側に提示され、前記第２ソナー画像が、前記ディスプレイ上の前記船舶の前記第２側面に相当する表現の左側に提示され、前記第４ソナー画像が、前記ディスプレイ上の前記船舶の前記前面に相当する表現の上側に提示される、請求項８に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、米国特許出願第１６／９４４１８６号、発明の名称”Beamforming Sonar System with Improved Sonar Image Functionality, and Associated Methods”、２０２０年７月３１日出願により優先権を主張し、この米国特許出願の一部継続出願であり、この米国特許出願の内容は、その全体を参照することによって本明細書に含める。
続きを表示（約 3,800 文字）【０００２】
発明の分野
本発明の好適例は、一般にソナーシステムに関するものであり、より具体的には「ライブ（生の）」ソナー画像を提供するビーム整形（ビー
ムフォーミング）ソナーシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
ソナー（Ｓｏｎａｒ：SOund Navigation And Ranging：音波探知機）は、水面または水中の物体を検出するために用いられてきた。例えば、ソナー装置を用いて、深度及び海底地形を測定すること、魚を検出すること、難破船を測位すること、等ができる。この関係では、水中の視程の極限に起因して、ソナーは、一般に、水中の物体を測位して水中の環境の理解をもたらすための最も正確な方法である。ソナーのトランスデューサ素子は、電気エネルギーを音波または振動に変換する。ソナー信号は水中を通って伝達されて、遭遇した物体（例えば、魚、海底表面、水中の構造物、等）から反射される。このトランスデューサ素子は、反射した音波をソナー戻り信号として受信して、その音のエネルギーを電気エネルギー（例えば、ソナー戻りデータ）に変換する。既知の音速に基づいて、水上または水中の物体までの距離及び／または物体の位置を測定することができる。ソナー戻りデータは、処理して表示装置上に表示して、水中環境の「写真」（または画像）をユーザに与えることもできる。
【０００４】
異なる種類のソナーシステムが異なるソナー機能を提供し、その多数が異なる利益を有する。このため、ユーザ（例えば、釣り人）にとって妥当なコストを提供しつつ、ソナー画像機能を改良したソナーシステムの必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第ＲＥ４５３７９号明細書
米国特許第１０１１４１１９号明細書
米国特許第９７３９８８４号明細書
米国特許出願第１６／３８２６３９号明細書
米国特許第８３００４９９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好適例は、水中環境を画像化するための種々のソナーシステムを提供する。ソナーシステムの一部の例は、トランスデューサ素子の１つ以上のアレイを含む。これらのアレイは、ソナー信号を水中環境へ発信するように動作する。これらのアレイは、固定の位相シフトでも、但し周波数を変化させて動作して、複数のソナー戻りビームをビーム整形する。複数のソナー戻りビームを、第１範囲の角度間で、及び第２範囲の角度間で、周波数に基づいてフィルタ処理することができる。第１範囲の角度と第２範囲の角度との間には、ギャップが形成される。１つ以上のアレイは、角度の範囲が、例えば、船舶の両側方の大量の水、船舶の前方の大量の水、及び船舶の下方の大量の水をカバーするように配向させることができる。更に、周波数を変化させることによって、複数のソナー戻りビーム（例えば、各々が０．２５°～２°の幅を有するソナービーム）をビーム整形する能力により、水中環境の小さいスライス（断片）に特有の精密なソナー戻りデータを用いることができ、複数のスライスの同時の表示は、二次元（２Ｄ：two-dimensional）のほぼリアルタイムの（または「ライブ」）ソナー画像を提供することができる。
【０００７】
一例として、１つ以上のソナー・トランスデューサ・アレイは、「ライブ」サイド（側方の）ソナー画像を提供するように配向させることができる。この関係では、種々の好適例によるアレイの相対的な位置決めが、左側のライブ・ソナー画像及び右側のライブ・ソナー画像を提供する。一部の好適例では、特定の配向及び処理を用いて、トランスデューサ・アセンブリのコスト及び全体のフットプリント（設置面積）を最小にしつつ、ライブ・ソナー画像のサイズ及び／または画質を最大にすることができる。それに加えて、１つ以上のアレイからのビーム整形されたソナービームの部分集合を用いて、従来のサイドスキャン（側方走査）ソナー画像を生成することができる。一部の好適例では、例えば魚のアーチ形を高精細のサイドスキャン・ソナー画像中に置くことによって、いくつかのサイドスキャン・ソナー画像の望ましい属性どうしを組み合わせることができる。このことは、各側面の単一のアレイで全て実現することができる。特に、一部の好適例では、こうした特徴を、各アレイの後方の角度範囲を利用するだけで実現することができ、前方の角度範囲は、例えば前方のライブ・ソナー画像のような追加的な撮像用途向けに残すことができる。
【０００８】
更に、一部の好適例では、１つ以上の追加的なアレイを配置して、追加的なソナー画像の選択肢を提供することができる。例えば、アレイを前方に向けて配向させて（例えば、第１範囲の角度を用いて）前方のライブ・ソナー画像を提供すること、及び／または（例えば、第２範囲の角度を用いて）下方のライブ・ソナー画像を提供することができる。更に、ビーム整形されたソナービームを用いて（例えば、円錐形の下方スキャン及び／または直線状の下方スキャンのソナー画像に似た）従来の下方スキャン・ソナー画像を生成することができる。一部のこうした好適例では、例えば、魚のアーチ形を高精細の下方ソナー画像中に置くことによって、いくつかの下方スキャンのソナー画像の望ましい属性どうしを組み合わせることができる。
【０００９】
一部の好適例では、上述した異なる種類のソナー画像（及び本明細書中に記載する他のもの）を、トランスデューサ素子の最小数のアレイ（例えば、より多数のアレイとは異なり、２つまたは３つのアレイ）で実現することができる。このことは、改良されたソナー機能を、更にはユーザにとってそれほどでもないコストで提供する。
【００１０】
１つの好適例では、水中環境のソナー画像を生成して提示するシステムを提供する。このシステムは、船舶に装着可能なソナー・トランスデューサ・アセンブリを含み、このソナー・トランスデューサ・アセンブリは、１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイを含み、１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイは、船舶の第１側面に配置され、船舶の第１側面から外向きかつ下向きに向けられている。１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイの各々は、複数の第１トランスデューサ素子を含む。このソナー・トランスデューサ・アセンブリは、１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイも含み、１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイは、船舶の第２側面に配置され、船舶の第２側面から外向きかつ下向きに向けられている。１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイの各々は、複数の第２トランスデューサ素子を含み、船舶の第２側面は船舶の第１側面の反対側である。ソナー・トランスデューサ・アセンブリは、ディスプレイ、プロセッサ、及びメモリも含み、メモリはコンピュータが実行可能な命令を含む。コンピュータが実行可能な命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイから第１ソナー戻りデータを受信させ、１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイから第２ソナー戻りデータを受信させ、第１ソナー戻りデータを周波数に基づいてフィルタ処理させて、船舶の第１側面に対応する複数の第１ソナー戻りビームを形成させ、第２ソナー戻りデータを周波数に基づいてフィルタ処理させて、船舶の第２側面に対応する複数の第２ソナー戻りビームを形成させ、船舶の第１側面に向いた水中環境の第１ソナー画像を生成させるように構成されている。第１ソナー画像は第１の二次元ライブ・ソナー画像であり、１つ以上の第１ソナー・トランスデューサ・アレイからの複数の第１ソナー戻りビームからの第１ソナー戻りデータで形成され、第１の二次元ライブ・ソナー画像を形成するために用いる第１ソナー戻りデータは、複数の第１トランスデューサ素子によってほぼ同時に受信されている。コンピュータが実行可能な命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、船舶の第２側面に向いた水中環境の第２ソナー画像を生成させるようにも構成されている。第２ソナー画像は、第２の二次元ライブ・ソナー画像であり、１つ以上の第２ソナー・トランスデューサ・アレイからの複数の第２ソナー戻りビームからの第２ソナー戻りデータで形成され、第２の二次元ライブ・ソナー画像を形成するために用いる第２ソナー戻りデータは、複数の第２トランスデューサ素子によってほぼ同時に受信されている。コンピュータが実行可能な命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第１ソナー画像及び第２ソナー画像のディスプレイ上への提示を行わせるようにも構成されている。第１ソナー画像は、ユーザの視点から見て、ディスプレイ上の第２ソナー画像の右側に提示される。
（【００１１】以降は省略されています）

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