超音波送受信装置、定量検出方法、および魚量検出方法
【課題】短時間で正確に魚量を計測できる超音波送受信装置を実現する。
【解決手段】魚群探知機に相当する第１超音波送受信部２１は、船舶の鉛直下方向へ第１超音波信号を送信し、魚群に反射して得られるエコー信号を出力する。ソナー装置に相当する第２超音波送受信部２２は、船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、魚群に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する。演算部３０は、エコー信号から得られる魚群のエコー強度に関するデータと、エコービーム信号から得られる魚群の大きさに関するデータから、魚量を算出する。
【解決手段】魚群探知機に相当する第１超音波送受信部２１は、船舶の鉛直下方向へ第１超音波信号を送信し、魚群に反射して得られるエコー信号を出力する。ソナー装置に相当する第２超音波送受信部２２は、船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、魚群に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する。演算部３０は、エコー信号から得られる魚群のエコー強度に関するデータと、エコービーム信号から得られる魚群の大きさに関するデータから、魚量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中へ超音波信号を送信し、そのエコー信号を受信して物標探知を行う超音波送受信装置、具体的に、ターゲット物標の量、例えば魚量を計測する超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水産資源量の調査や水産資源の保護の観点から魚量を計測できる超音波送受信装置が多く考案されている。例えば、特許文献１には、計量魚群探知機が記載されている。計量魚群探知機は、自船の鉛直下方向へ送信した超音波信号が魚群に反射して得られるエコー信号を用いて、ターゲットストレングスＴｓや体積散乱Ｓｖを算出し、これらから魚量を計測する。
【０００３】
また、水中へ超音波信号を送信して物標探知を行う装置として、特許文献２に示すようなソナー装置が存在する。ソナー装置は、超音波信号のエコー信号を、二次元配列された送受波器で受信し、受信信号をビームフォーミングすることで、ビーム方向毎のエコー強度を得て、一度に広い範囲の魚群を探知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭６１−１６７５７０号公報
【特許文献２】特開平９−４３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載されたような計量魚群探知機の場合、自船の直下のみからエコー信号を受信するため、魚群が超音波信号のあたる範囲よりも大きな場合、魚群全体に超音波信号があたるように、船舶を走航させなければならない。そして、魚群は常に動いているため、走航中も魚群形状が変化し、正確に魚群を把握することは容易でなく、ひいては正確な魚量を計測することも容易ではない。
【０００６】
また、特許文献２に記載されたようなソナー装置では、一度の送受信で広範囲が探知できるため、比較的大きな魚群であっても把握することができる。しかしながら、超音波信号が鉛直方向でなく、鉛直方向に対して所定の角度を成す方向へ送信され、その反射エコー信号を受信するため、魚の向きによってエコー信号強度が変化してしまう。このため、計測した魚量に不確定性を有してしまう。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、短時間で高精度に魚量を計測できる超音波送受信装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の超音波送受信装置は、第１超音波送受信部、第２超音波送受信部、第１観測値算出部、第２観測値算出部、および定量算出部を備える。第１超音波送受信部は、船舶の鉛直下方向に第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する。第２超音波送受信部は、船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する。第１観測値算出部は、エコー信号からターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する。第２観測値算出部は、ビームエコー信号からターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する。定量算出部は、第１指標データと第２指標データからターゲット物標の所定定量を算出する。
【０００９】
そして、この発明の超音波送受信装置では、ターゲット物標は魚群であり、所定定量は魚群の魚量である。
【００１０】
この構成では、船舶の鉛直下方向に超音波信号を送信することで得られる第１指標データと、船舶の下方向の所定範囲に超音波信号を送信することで得られる第２指標データとが得られる。船舶の鉛直下方向に超音波信号を送信する場合、ターゲット物標である魚群に対する反射強度が安定する。したがって、第１指標データとしては、魚群の反射エコーの強度に関するデータを取得する。船舶の下方向の所定範囲に超音波信号を送信する場合、広範囲に超音波信号が送信されるので、全体の形状を一回の送受信で、ターゲット物標である魚群が大きさを検出できる。したがって、第２指標データとしては、魚群の大きさに関するデータを取得する。このように、異なる送受信方法の超音波を用いることで、それぞれの利点を有効に利用することが可能になる。そして、このような精度の良い魚群の反射エコーの強度に関するデータと、短時間で取得できる魚群の大きさに関するデータを用いることで、魚量を高精度且つ短時間に算出することができる。
【００１１】
また、この発明の超音波送受信装置では、第１観測値算出部は、第１指標データとして、ターゲットストレングスＴｓ、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、および第１断面積ＡＥＳｖを算出する。第２観測値算出部は、第２指標データとして、体積Ｖｓｓ、および第２断面積ＡＳＳｖを算出する。定量算出部は、第１観測値算出部および第２観測値算出部から得られる各データを元に魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出し、後述する原理を用いて、次に示す演算式から魚量Ｎを算出する。
【００１２】
【数６】
【００１３】
この構成では、具体的な魚群の魚量の算出方法を示している。このような算出方法を用いることで、高精度に魚量を算出することができる。
【００１４】
また、この発明の超音波送受信装置では、定量算出部は、第１断面積ＡＥＳｖと第２断面積ＡＳＳｖとによる補正係数を用いて、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出する。
【００１５】
この構成では、補正係数を用いることで、第１指標データと第２指標データとの間の誤差、すなわち第１超音波送受信部で送受信する超音波信号によって得られるエコー信号と、第２超音波送受信部で送受信する超音波信号によって得られるビームエコー信号との誤差を補正でき、より高精度に魚量を算出することができる。
【００１６】
また、この発明の超音波送受信装置では、定量算出部は魚群毎に魚量Ｎを算出する。
【００１７】
この構成では、同時に複数の魚群が観測されても、魚群毎に高精度な魚量算出を行うことができる。
【００１８】
また、この発明の超音波送受信装置では、第２超音波送受信部は、第１超音波送受信部を兼用する。第１観測値算出部は、ビームエコー信号における鉛直下方向のビームエコー信号から第１指標データを算出する。
【００１９】
この構成では、第１超音波送受信部のエコー信号の代用として、第２超音波送受信部によるビームエコー信号のうち、鉛直下方向のビームエコー信号を用いる。この構成および方法であっても、短時間且つ高精度にターゲット物標の定量（魚群の魚量）を算出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、短時間で高精度に、所望とする魚群の魚量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】魚群探知機の超音波信号（魚探送信信号）のエコー信号（魚探エコー信号）によるエコー積分で得られる体積散乱Ｓｖの算出概念を説明するための図である。
【図２】魚群探知機による断面積ＡＥＳｖと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖとの比較を模式的に示した図である。
【図３】魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出概念を説明するための魚群の三次元的広がりを示す図である。
【図４】魚量算出処理を実行する超音波送受信装置の第１の構成を示すブロック図である。
【図５】第１超音波送受信部２１で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【図６】第２超音波送受信部２２で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【図７】シミュレーションの前提条件を説明するための図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の超音波送受信装置で魚量計測を行う原理について、説明する。
【００２３】
図１は魚群探知機の超音波信号（魚探送信信号）のエコー信号（魚探エコー信号）によるエコー積分で得られる体積散乱Ｓｖの算出概念を説明するための図である。図２は魚群探知機による断面積ＡＥＳｖと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖとの比較を模式的に示した図である。図３は魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出概念を説明するための魚群の三次元的広がりを示す図である。
【００２４】
船舶９０の魚群探知機から送信された超音波信号のエコー信号強度をエコー積分して得られる観測値である生のＳＶ（以下単にＳＶと称する。）の最小単位は、Ｐｉｎｇ方向（走航方向）にΔｘ、深度方向にΔｚとからなるピクセルＰｉｘのＳＶとなる。ここで、ピクセルＰｉｘを構成するΔｘおよびΔｚは、エコー信号の包絡線のＡＤ（アナログ−デジタル）変換のサンプリング間隔をΔｔ、船速をｖ、超音波信号の送信周期をＴとして、次式で得られる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
ここで、図１に示すように、或タイミングでのピクセルＰｉｘ（Ｋ）のＳＶは、その直上の球殻部分ＦＧＨＩからの散乱による。なお、ビーム（超音波信号が広がることにより当該超音波信号が照射される範囲）が魚群をかすめるビームであっても、図１のピクセルＰｉｘ（Ｍ）に示すように、ピクセルは得られる。このため、いわゆる境界効果により、見かけ上の魚群は、図１に示すように、ＡＡ（真の魚群の広さ）からＢＢに拡がる。
【００２７】
ところで、魚種識別のための魚群特徴の一つとして魚群断面散乱強度ＳＳＥＣがあり、ピング方向をΔｘ方向、深度方向をΔｚ方向として、次式（式２）で与えられる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、右辺の第１式は、ＳＶを魚群探知機により観測される断面積ＡＥＳｖに対して面積積分することを表しており、Ｐｉｎｇ（ピング）番号をｊ＝１，・・・，Ｊ、ｊピングについて鉛直方向のＰｉｘ（ピクセル）番号をｉ＝１，・・・，Ｉｊ、Ｓｖ，ｉｊをｉｊピクセルでのＳＶ、Ｓｖ,ｊをｊピングでの平均ＳＶ、ＳＡ,ｊをｊピングでの群内の面積散乱強度ＳＡとしている。この式により、観測値であるＳＶから魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを算出することができる。
【００３０】
ところで、この魚群断面散乱強度ＳＳＥＣの元となる魚群の長さや面積は、上述のように実際によりも広くなって過大評価される。一方、ＳＶは魚群の周辺では境界効果によって過小評価される。したがって、式２から算出される魚群断面散乱強度ＳＳＥＣは、それぞれの偏りが補正された指標となり、魚群の特徴を示す精度良い指標となる。
【００３１】
また、魚群探知機の超音波信号であるので、自船の直下、魚群に対しては直上から超音波信号が照射されるので、魚群を構成する単体魚の向きに影響されることなく、概ね単体魚の背中で超音波信号が反射してエコー信号が得られる。このため、エコー信号強度が安定し、信頼性の高い指標が得られる。
【００３２】
この魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを、Ｐｉｎｇ方向および深度方向に直交する左舷−右舷方向（Ｓｉｄｅ（Δｙ）方向）に積分すると魚群散乱強度ＳＳＣＨが得られる。魚群散乱強度は、超音波信号で観測する体積をＶとすると、次式で表される。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、ソナー装置の超音波ビームによって広範囲を一回の全方位スキャンで探知できる。したがって、一回の全方位スキャンで魚群の体積を算出することができる。
【００３５】
ソナー装置で算出した体積をＶｓとし、図３に示すように、Ｓｉｄｅ方向（Δｙ方向）に所定間隔で現れるｋ＝１〜Ｋ層の断面を設定することで、ソナー装置の超音波ビームによって観測する自船直下の断面積をＡＳＳｖとすると、（式３）から魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出式を次式に変形することができる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
ここで、Ｓｖ，ＳＥＣは魚群断面内でのＳＶの平均値であり、次の（式５）から算出できる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
上記（式４）において、ＡＥＳｖ／ＡＳＳｖはソナー装置のよる断面積と魚群探知機による断面積との差を補正する係数である。したがって、魚群探知機で得られる式（５）で表される魚群断面内でのＳＶの平均値と、ソナー装置で得られる体積Ｖｓとから、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出しても、これら算出元の違う観測値を用いることによる誤差を無くすことができる。
【００４０】
このように、魚群散乱強度ＳＳＣＨは、ソナー装置のエコー信号から得られる魚群の体積Ｖｓ、自船直下の断面積をＡＳＳｖ、魚群探知機のエコー信号から得られる魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、自船直下の断面積をＡＥＳｖから算出することができる。そして、この方法では、エコー信号強度が安定する魚群探知機から魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを得て、ソナー装置で魚群の大きさに関する値を一度に得ることができるので、魚群散乱強度ＳＳＣＨを、短時間で高精度に算出することができる。
【００４１】
ここで、魚群散乱強度ＳＳＣＨと、魚量Ｎと、魚群内の魚の平均ターゲットストレングスＴｓは、次の（式６）に示す関係を有する。
【００４２】
【数６】
【００４３】
したがって、高精度に得られた魚群散乱強度ＳＳＣＨと、魚群探知機のエコー信号で得られた構成なターゲットストレングスＴｓとを、（式６）に代入すれば、高精度に魚量を算出することができる。
【００４４】
次に、上述の魚量算出処理を実行するための構成について説明する。図４は上述の魚量算出処理を実行する超音波送受信装置１０の構成を示すブロック図である。図５は第１超音波送受信部２１で実行する超音波送受信処理の概念図である。図６は第２超音波送受信部２２で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【００４５】
超音波送受信装置１０は、魚群探知機の送受信処理を実行する第１超音波送受信部２１、ソナー装置の送受信処理を実行する第２超音波送受信部２２、演算部３０、および、ユーザインターフェース部（ＵＩ部）４０を備える。なお、図示しないが超音波送受信装置１０は、制御部を備え、前記各部への制御を含む超音波送受信装置１０の全体制御を行う。この制御部に、演算部３０を組み込んでもよい。
【００４６】
第１超音波送受信部２１は、超音波送受波器２１１、インターフェース２１２、送信制御部２１３、受信部２１４を備える。送信制御部２１３は、所定の送信間隔で、パルスバースト波からなる第１超音波信号を超音波送受波器２１１から送信するように、送信制御を行う。送信制御部２１３は、インターフェース２１２を介して、送信制御信号を超音波送受波器２１１に出力する。
【００４７】
超音波送受波器２１１は、船舶９０から鉛直下方向を送波方向とするように、船舶９０の船底に備えられている。超音波送受波器２１１は、送信制御信号によって駆動され、第１超音波信号を音波変換し、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、海中の鉛直下方向へ送波する。
【００４８】
超音波送受波器２１１は、第１超音波信号が魚群等に反射した反射エコーを受波し、電気信号に変換して、第１エコー信号として出力する。第１エコー信号は、インターフェース２１２を介して、受信部２１４に入力される。
【００４９】
受信部２１４は、一送信に対するエコー信号毎（Ｐｉｎｇ毎）に、第１エコー信号を、所定のサンプリングタイミング間隔でアナログデジタル変換して第１エコーデータを生成し、演算部３０へ出力する。なお、エコーデータの演算部３０への出力は、所定数のＰｉｎｇ分をまとめて行ってもよい。
【００５０】
このような構成により、第１超音波送受信部２１は、図５に示すように、船舶の鉛直方向直下にのみ超音波信号を送信して、その反射エコー信号を受信する、一般的な魚群探知機と同様の送受信処理を実行する。
【００５１】
第２超音波送受信部２２は、超音波送受波器２２１、インターフェース２２２、送信制御部２２３、受信部２２４を備える。送信制御部２２３は、所定の送信間隔で、所定の送信指向性を有する複数の送信ビームが形成されるように、送信ビーム制御を行う。送信制御部２２３は、インターフェース２２２を介して、送信ビーム制御信号を、複数の超音波送受波器２２１に出力する。
【００５２】
複数の超音波送受波器２２１は、所定形状からなるドーム筐体の外面に配列して配設されている。例えば、複数の超音波送受波器２２１は、半球状のドーム筐体の外周面に配列設置されている。この超音波送受波器２２１が配設された半球状の超音波送受波部材は、半球の突出面側が、船舶９０と反対側の鉛直下方向を向くように、船舶９０の船底に取り付けられている。
【００５３】
各超音波送受波器２２１は、送信制御信号によってそれぞれが位相制御されて駆動される。複数の超音波送受波器２２１は、図６（Ａ）のＨ１面に示すような、鉛直方向に対して所定角を成す傘状の領域をなす送信ビーム群を形成するように、それぞれが与えられた送波タイミングにしたがって、第２超音波信号を音波変換し、海中へ送波する。
【００５４】
各超音波送受波器２２１は、第２超音波信号が魚群等に反射した反射エコーを受波し、電気信号に変換して、第２エコー信号として出力する。第２エコー信号は、インターフェース２２２を介して、受信部２２４に入力される。
【００５５】
受信部２２４は、一送信に対するエコー信号毎（Ｐｉｎｇ毎）に、第２エコー信号を、所定のサンプリングタイミング間隔でアナログデジタル変換して第２エコーデータを生成する。受信部２２４は、図６（Ａ）のＨ２面および図６（Ｂ）の矢印に示すように、鉛直方向に対して所定角間隔で受信ビームを形成するように、各第２エコー信号を合成し、方位へのビームエコーデータを生成する。受信部２２４は、ビームエコーデータを演算部３０へ出力する。
【００５６】
このような構成により、第２超音波送受信部２２は、図６に示すように、船舶９０の鉛直方向直下に対して所定角の送信ビームを形成するように超音波信号を送信して、その反射エコー信号を受信して受信ビームを形成する。これにより、第２超音波送受信部２２は、船舶９０を中心とする海面下の広範囲を探知する。すなわち、第２超音波送受信部２２は、一般的なスキャニングソナー装置と同様の送受信処理を実行する。なお、本実施形態では、一種のスキャニングソナー装置を例にしたが、既知の他のスキャニングソナー装置や、他種のソナー（例えば、サーチライトソナー装置）を用いてもよい。
【００５７】
演算部３０は、第１観測値算出部３０１、第２観測値算出部３０２、および魚量算出部３０３（本発明の「定量算出部」に相当する。）を備える。第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１から入力されたエコーデータに基づいて、上述の魚量算出処理に利用する魚群探知機から得られるデータを算出する。具体的には、第１観測値算出部３０１は、ターゲットストレングスＴｓと、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣと、魚群探知機による断面積ＡＥＳｖ（本発明の「第１断面積」に相当する。）と、を算出する。これらが本発明の「第１指標データ」に相当する。第１観測値算出部３０１は、これらのデータを魚量算出部３０３へ出力する。
【００５８】
なお、ターゲットストレングスＴｓは送信信号強度とエコー信号強度から算出できる魚群の平均ターゲットストレングスである。体積散乱Ｓｖは、エコー積分法を用いて算出できる。これらの具体的な算出方法は、既知の方法を用いることができ、説明は省略する。
【００５９】
また、第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１（＝魚群探知機）による断面積ＡＥＳｖを、例えば次の方法で算出する。第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１から出力されたエコーデータに閾値を設定し、各エコーデータを閾値と比較して二値化する。第１観測値算出部３０１は、閾値以上のエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度）に魚群が存在すると判断する。この処理を所定Ｐｉｎｇ数分行い、閾値以上となる領域の外周線を検出し、当該外周線内の面積を二重積分（面積積分）することで、断面積ＡＥＳｖとして算出する（図２、図３参照）。
【００６０】
第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から入力されたビームエコーデータに基づいて、上述の魚量算出処理に利用するソナー装置から得られるデータを算出する。具体的には、第２観測値算出部３０２は、体積Ｖｓｓと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖ（本発明の「第２断面積」に相当する。）と、を算出する。これらが本発明の「第２指標データ」に相当する。第２観測値算出部３０２は、これらのデータを魚量算出部３０３へ出力する。
【００６１】
第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２（＝ソナー装置）による体積Ｖｓｓを、例えば次の方法で算出する。第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から出力されたビームエコーデータに閾値を設定し、各ビームエコーデータを閾値と比較して二値化する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上のビームエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度、Ｓｉｄｅ）に魚群が存在すると判断する。第２観測値算出部３０２は、この魚群が存在すると判断した範囲を三重積分（体積積分）して、体積Ｖｓｓを算出する（図３参照）。
【００６２】
また、第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２（＝ソナー装置）による
断面積ＡＳＳｖを、例えば次の方法で算出する。第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から出力されたビームエコーデータにおける、超音波送受波部を含むｐｉｎｇ方向−深度方向断面のビームエコーデータを抽出し、これら断面のビームエコーデータに対して閾値を設定し、各ビームエコーデータを閾値と比較して二値化する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上のビームエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度）に魚群が存在すると判断する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上となる領域の外周線を検出し、当該外周線内の面積を断面積ＡＳＳｖとして算出する（図２、図３参照）。
【００６３】
魚量算出部３０３は、第１観測値算出部３０１からのターゲットストレングスＴｓ、魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、および断面積ＡＥＳｖと、第２観測値算出部３０２からの体積Ｖｓｓ、および断面積ＡＳＳｖとを用いて、上述の原理から魚量Ｎを算出する。
【００６４】
算出された魚量Ｎは、例えばＵＩ部４０の表示部４０２へ出力する。
【００６５】
ＵＩ部４０は操作部４０１、表示部４０２を備える。操作部４０１は、オペレータからの操作入力を受け付け、図示しない制御部や演算部３０へ出力する。表示部４０２は、例えば液晶パネルからなり、演算部３０で算出された魚量Ｎや、図示しない表示画像データ生成部で形成されたエコーデータに基づく魚探画像や、ビームエコーデータに基づくソナー画像を表示する。
【００６６】
このような構成では、例えば、実際の操業の際、操業者が魚探画像やソナー画像を観察して、情報を知りたい魚群を選択する操作を行うと、選択情報が演算部３０へ出力される。演算部３０は、選択された魚群に対して、上述の魚量算出処理を行い、算出した魚量Ｎを表示部４２へ表示させる。このように、操業者の所望する魚群の魚量を、操業しながら、短時間で且つ高精度に操業者へ提供することができる。
【００６７】
なお、操作部４１の少なくとも一部をタッチパネルとして、表示部４２と一体化してもよい。また、魚量の算出は、手動の選択で始まるものではなく、魚群を検出する毎に自動で開始するようにしてもよい。さらに、複数の魚群が存在する場合には、個別に魚量を算出すればよい。
【００６８】
次に、上述の原理を用いたシミュレーション結果を、図を参照して説明する。図７はシミュレーションの前提条件を説明するための図であり、図７（Ａ）は魚群の深度特性を調べるシミュレーションの条件であり、図７（Ｂ）は楕円体に想定した魚群の長軸に対して船舶が直角に通過するシミュレーションの条件であり、図７（Ｃ）は楕円体に想定した魚群の短軸に対して船舶が直角に通過するシミュレーションの条件である。図８はシミュレーション結果を示す図であり、図８（Ａ）が図７（Ａ）の条件による結果であり、図８（Ｂ）が図７（Ｂ）の条件による結果であり、図８（Ｃ）が図７（Ｃ）の条件による結果である。なお、図８（Ａ）において、実線で丸印の特性が条件設定により得られるＳＳの真値であり、破線でクロス（×）印の特性が上述の算出処理を行った場合を示す。なお、横軸に魚群番号１，２，３，４はそれぞれ異なる魚群を設定している。
【００６９】
本実施形態の処理を用いれば、図７（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）に示すように、いずれの魚群であっても、いずれの条件であっても、真値に近く、優れた深度特性を有し、船舶と魚群の方向関係に関係なく優れた結果を得られることが分かる。
【００７０】
なお、上述の説明では、魚群探知機に相当する第１超音波送受信部２１と、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２とを備える例を示したが、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２のみで構成することも可能である。この場合、第１観測値算出部３０１を第２超音波送受信部２２に接続し、魚群探知機に対応する第１超音波送受信部２１で得られる情報は、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２における鉛直方向をメインローブとするビームエコーデータから算出すればよい。この場合、当該鉛直方向のビームエコーデータを所定Ｐｉｎｇ分記憶して、魚群探知機（第１超音波送受信部２１）で得られる情報に相当する情報を算出するとよい。そして、この場合、魚群探知機による断面積とソナー装置による断面積から得られる補正係数ＡＥＳｖ／ＡＳＳｖは「１」にすればよい。この構成とすることで、上述の第１超音波送受信部２１を省略できるため、超音波送受信装置の構成を簡素化できる。
【００７１】
また、上述の説明では、魚群の魚量を算出する例を示したが、同様に単体の物標が群れをなして移動するような他のターゲット物標に対しても、その定量を算出することに、上述の原理および構成を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０：超音波送受信装置、
２１：第１超音波送受信部、２１１：超音波送受波器、２１２：インターフェース、２１３：送信制御部、２１４：受信部、
２２：第２超音波送受信部、２２１：超音波送受波器、２２２：インターフェース、２２３：送信制御部、２２４：受信部、
３０：演算部、３０１：第１観測値算出部、３０２：第２観測値算出部、３０３：魚量算出部、
４０：ＵＩ部、４０１：操作部、４０２：表示部、
９０：船舶
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中へ超音波信号を送信し、そのエコー信号を受信して物標探知を行う超音波送受信装置、具体的に、ターゲット物標の量、例えば魚量を計測する超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水産資源量の調査や水産資源の保護の観点から魚量を計測できる超音波送受信装置が多く考案されている。例えば、特許文献１には、計量魚群探知機が記載されている。計量魚群探知機は、自船の鉛直下方向へ送信した超音波信号が魚群に反射して得られるエコー信号を用いて、ターゲットストレングスＴｓや体積散乱Ｓｖを算出し、これらから魚量を計測する。
【０００３】
また、水中へ超音波信号を送信して物標探知を行う装置として、特許文献２に示すようなソナー装置が存在する。ソナー装置は、超音波信号のエコー信号を、二次元配列された送受波器で受信し、受信信号をビームフォーミングすることで、ビーム方向毎のエコー強度を得て、一度に広い範囲の魚群を探知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭６１−１６７５７０号公報
【特許文献２】特開平９−４３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載されたような計量魚群探知機の場合、自船の直下のみからエコー信号を受信するため、魚群が超音波信号のあたる範囲よりも大きな場合、魚群全体に超音波信号があたるように、船舶を走航させなければならない。そして、魚群は常に動いているため、走航中も魚群形状が変化し、正確に魚群を把握することは容易でなく、ひいては正確な魚量を計測することも容易ではない。
【０００６】
また、特許文献２に記載されたようなソナー装置では、一度の送受信で広範囲が探知できるため、比較的大きな魚群であっても把握することができる。しかしながら、超音波信号が鉛直方向でなく、鉛直方向に対して所定の角度を成す方向へ送信され、その反射エコー信号を受信するため、魚の向きによってエコー信号強度が変化してしまう。このため、計測した魚量に不確定性を有してしまう。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、短時間で高精度に魚量を計測できる超音波送受信装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の超音波送受信装置は、第１超音波送受信部、第２超音波送受信部、第１観測値算出部、第２観測値算出部、および定量算出部を備える。第１超音波送受信部は、船舶の鉛直下方向に第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する。第２超音波送受信部は、船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する。第１観測値算出部は、エコー信号からターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する。第２観測値算出部は、ビームエコー信号からターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する。定量算出部は、第１指標データと第２指標データからターゲット物標の所定定量を算出する。
【０００９】
そして、この発明の超音波送受信装置では、ターゲット物標は魚群であり、所定定量は魚群の魚量である。
【００１０】
この構成では、船舶の鉛直下方向に超音波信号を送信することで得られる第１指標データと、船舶の下方向の所定範囲に超音波信号を送信することで得られる第２指標データとが得られる。船舶の鉛直下方向に超音波信号を送信する場合、ターゲット物標である魚群に対する反射強度が安定する。したがって、第１指標データとしては、魚群の反射エコーの強度に関するデータを取得する。船舶の下方向の所定範囲に超音波信号を送信する場合、広範囲に超音波信号が送信されるので、全体の形状を一回の送受信で、ターゲット物標である魚群が大きさを検出できる。したがって、第２指標データとしては、魚群の大きさに関するデータを取得する。このように、異なる送受信方法の超音波を用いることで、それぞれの利点を有効に利用することが可能になる。そして、このような精度の良い魚群の反射エコーの強度に関するデータと、短時間で取得できる魚群の大きさに関するデータを用いることで、魚量を高精度且つ短時間に算出することができる。
【００１１】
また、この発明の超音波送受信装置では、第１観測値算出部は、第１指標データとして、ターゲットストレングスＴｓ、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、および第１断面積ＡＥＳｖを算出する。第２観測値算出部は、第２指標データとして、体積Ｖｓｓ、および第２断面積ＡＳＳｖを算出する。定量算出部は、第１観測値算出部および第２観測値算出部から得られる各データを元に魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出し、後述する原理を用いて、次に示す演算式から魚量Ｎを算出する。
【００１２】
【数６】
【００１３】
この構成では、具体的な魚群の魚量の算出方法を示している。このような算出方法を用いることで、高精度に魚量を算出することができる。
【００１４】
また、この発明の超音波送受信装置では、定量算出部は、第１断面積ＡＥＳｖと第２断面積ＡＳＳｖとによる補正係数を用いて、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出する。
【００１５】
この構成では、補正係数を用いることで、第１指標データと第２指標データとの間の誤差、すなわち第１超音波送受信部で送受信する超音波信号によって得られるエコー信号と、第２超音波送受信部で送受信する超音波信号によって得られるビームエコー信号との誤差を補正でき、より高精度に魚量を算出することができる。
【００１６】
また、この発明の超音波送受信装置では、定量算出部は魚群毎に魚量Ｎを算出する。
【００１７】
この構成では、同時に複数の魚群が観測されても、魚群毎に高精度な魚量算出を行うことができる。
【００１８】
また、この発明の超音波送受信装置では、第２超音波送受信部は、第１超音波送受信部を兼用する。第１観測値算出部は、ビームエコー信号における鉛直下方向のビームエコー信号から第１指標データを算出する。
【００１９】
この構成では、第１超音波送受信部のエコー信号の代用として、第２超音波送受信部によるビームエコー信号のうち、鉛直下方向のビームエコー信号を用いる。この構成および方法であっても、短時間且つ高精度にターゲット物標の定量（魚群の魚量）を算出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、短時間で高精度に、所望とする魚群の魚量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】魚群探知機の超音波信号（魚探送信信号）のエコー信号（魚探エコー信号）によるエコー積分で得られる体積散乱Ｓｖの算出概念を説明するための図である。
【図２】魚群探知機による断面積ＡＥＳｖと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖとの比較を模式的に示した図である。
【図３】魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出概念を説明するための魚群の三次元的広がりを示す図である。
【図４】魚量算出処理を実行する超音波送受信装置の第１の構成を示すブロック図である。
【図５】第１超音波送受信部２１で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【図６】第２超音波送受信部２２で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【図７】シミュレーションの前提条件を説明するための図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の超音波送受信装置で魚量計測を行う原理について、説明する。
【００２３】
図１は魚群探知機の超音波信号（魚探送信信号）のエコー信号（魚探エコー信号）によるエコー積分で得られる体積散乱Ｓｖの算出概念を説明するための図である。図２は魚群探知機による断面積ＡＥＳｖと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖとの比較を模式的に示した図である。図３は魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出概念を説明するための魚群の三次元的広がりを示す図である。
【００２４】
船舶９０の魚群探知機から送信された超音波信号のエコー信号強度をエコー積分して得られる観測値である生のＳＶ（以下単にＳＶと称する。）の最小単位は、Ｐｉｎｇ方向（走航方向）にΔｘ、深度方向にΔｚとからなるピクセルＰｉｘのＳＶとなる。ここで、ピクセルＰｉｘを構成するΔｘおよびΔｚは、エコー信号の包絡線のＡＤ（アナログ−デジタル）変換のサンプリング間隔をΔｔ、船速をｖ、超音波信号の送信周期をＴとして、次式で得られる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
ここで、図１に示すように、或タイミングでのピクセルＰｉｘ（Ｋ）のＳＶは、その直上の球殻部分ＦＧＨＩからの散乱による。なお、ビーム（超音波信号が広がることにより当該超音波信号が照射される範囲）が魚群をかすめるビームであっても、図１のピクセルＰｉｘ（Ｍ）に示すように、ピクセルは得られる。このため、いわゆる境界効果により、見かけ上の魚群は、図１に示すように、ＡＡ（真の魚群の広さ）からＢＢに拡がる。
【００２７】
ところで、魚種識別のための魚群特徴の一つとして魚群断面散乱強度ＳＳＥＣがあり、ピング方向をΔｘ方向、深度方向をΔｚ方向として、次式（式２）で与えられる。
【００２８】
【数２】
【００２９】
ここで、右辺の第１式は、ＳＶを魚群探知機により観測される断面積ＡＥＳｖに対して面積積分することを表しており、Ｐｉｎｇ（ピング）番号をｊ＝１，・・・，Ｊ、ｊピングについて鉛直方向のＰｉｘ（ピクセル）番号をｉ＝１，・・・，Ｉｊ、Ｓｖ，ｉｊをｉｊピクセルでのＳＶ、Ｓｖ,ｊをｊピングでの平均ＳＶ、ＳＡ,ｊをｊピングでの群内の面積散乱強度ＳＡとしている。この式により、観測値であるＳＶから魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを算出することができる。
【００３０】
ところで、この魚群断面散乱強度ＳＳＥＣの元となる魚群の長さや面積は、上述のように実際によりも広くなって過大評価される。一方、ＳＶは魚群の周辺では境界効果によって過小評価される。したがって、式２から算出される魚群断面散乱強度ＳＳＥＣは、それぞれの偏りが補正された指標となり、魚群の特徴を示す精度良い指標となる。
【００３１】
また、魚群探知機の超音波信号であるので、自船の直下、魚群に対しては直上から超音波信号が照射されるので、魚群を構成する単体魚の向きに影響されることなく、概ね単体魚の背中で超音波信号が反射してエコー信号が得られる。このため、エコー信号強度が安定し、信頼性の高い指標が得られる。
【００３２】
この魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを、Ｐｉｎｇ方向および深度方向に直交する左舷−右舷方向（Ｓｉｄｅ（Δｙ）方向）に積分すると魚群散乱強度ＳＳＣＨが得られる。魚群散乱強度は、超音波信号で観測する体積をＶとすると、次式で表される。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、ソナー装置の超音波ビームによって広範囲を一回の全方位スキャンで探知できる。したがって、一回の全方位スキャンで魚群の体積を算出することができる。
【００３５】
ソナー装置で算出した体積をＶｓとし、図３に示すように、Ｓｉｄｅ方向（Δｙ方向）に所定間隔で現れるｋ＝１〜Ｋ層の断面を設定することで、ソナー装置の超音波ビームによって観測する自船直下の断面積をＡＳＳｖとすると、（式３）から魚群散乱強度ＳＳＣＨの算出式を次式に変形することができる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
ここで、Ｓｖ，ＳＥＣは魚群断面内でのＳＶの平均値であり、次の（式５）から算出できる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
上記（式４）において、ＡＥＳｖ／ＡＳＳｖはソナー装置のよる断面積と魚群探知機による断面積との差を補正する係数である。したがって、魚群探知機で得られる式（５）で表される魚群断面内でのＳＶの平均値と、ソナー装置で得られる体積Ｖｓとから、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出しても、これら算出元の違う観測値を用いることによる誤差を無くすことができる。
【００４０】
このように、魚群散乱強度ＳＳＣＨは、ソナー装置のエコー信号から得られる魚群の体積Ｖｓ、自船直下の断面積をＡＳＳｖ、魚群探知機のエコー信号から得られる魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、自船直下の断面積をＡＥＳｖから算出することができる。そして、この方法では、エコー信号強度が安定する魚群探知機から魚群断面散乱強度ＳＳＥＣを得て、ソナー装置で魚群の大きさに関する値を一度に得ることができるので、魚群散乱強度ＳＳＣＨを、短時間で高精度に算出することができる。
【００４１】
ここで、魚群散乱強度ＳＳＣＨと、魚量Ｎと、魚群内の魚の平均ターゲットストレングスＴｓは、次の（式６）に示す関係を有する。
【００４２】
【数６】
【００４３】
したがって、高精度に得られた魚群散乱強度ＳＳＣＨと、魚群探知機のエコー信号で得られた構成なターゲットストレングスＴｓとを、（式６）に代入すれば、高精度に魚量を算出することができる。
【００４４】
次に、上述の魚量算出処理を実行するための構成について説明する。図４は上述の魚量算出処理を実行する超音波送受信装置１０の構成を示すブロック図である。図５は第１超音波送受信部２１で実行する超音波送受信処理の概念図である。図６は第２超音波送受信部２２で実行する超音波送受信処理の概念図である。
【００４５】
超音波送受信装置１０は、魚群探知機の送受信処理を実行する第１超音波送受信部２１、ソナー装置の送受信処理を実行する第２超音波送受信部２２、演算部３０、および、ユーザインターフェース部（ＵＩ部）４０を備える。なお、図示しないが超音波送受信装置１０は、制御部を備え、前記各部への制御を含む超音波送受信装置１０の全体制御を行う。この制御部に、演算部３０を組み込んでもよい。
【００４６】
第１超音波送受信部２１は、超音波送受波器２１１、インターフェース２１２、送信制御部２１３、受信部２１４を備える。送信制御部２１３は、所定の送信間隔で、パルスバースト波からなる第１超音波信号を超音波送受波器２１１から送信するように、送信制御を行う。送信制御部２１３は、インターフェース２１２を介して、送信制御信号を超音波送受波器２１１に出力する。
【００４７】
超音波送受波器２１１は、船舶９０から鉛直下方向を送波方向とするように、船舶９０の船底に備えられている。超音波送受波器２１１は、送信制御信号によって駆動され、第１超音波信号を音波変換し、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、海中の鉛直下方向へ送波する。
【００４８】
超音波送受波器２１１は、第１超音波信号が魚群等に反射した反射エコーを受波し、電気信号に変換して、第１エコー信号として出力する。第１エコー信号は、インターフェース２１２を介して、受信部２１４に入力される。
【００４９】
受信部２１４は、一送信に対するエコー信号毎（Ｐｉｎｇ毎）に、第１エコー信号を、所定のサンプリングタイミング間隔でアナログデジタル変換して第１エコーデータを生成し、演算部３０へ出力する。なお、エコーデータの演算部３０への出力は、所定数のＰｉｎｇ分をまとめて行ってもよい。
【００５０】
このような構成により、第１超音波送受信部２１は、図５に示すように、船舶の鉛直方向直下にのみ超音波信号を送信して、その反射エコー信号を受信する、一般的な魚群探知機と同様の送受信処理を実行する。
【００５１】
第２超音波送受信部２２は、超音波送受波器２２１、インターフェース２２２、送信制御部２２３、受信部２２４を備える。送信制御部２２３は、所定の送信間隔で、所定の送信指向性を有する複数の送信ビームが形成されるように、送信ビーム制御を行う。送信制御部２２３は、インターフェース２２２を介して、送信ビーム制御信号を、複数の超音波送受波器２２１に出力する。
【００５２】
複数の超音波送受波器２２１は、所定形状からなるドーム筐体の外面に配列して配設されている。例えば、複数の超音波送受波器２２１は、半球状のドーム筐体の外周面に配列設置されている。この超音波送受波器２２１が配設された半球状の超音波送受波部材は、半球の突出面側が、船舶９０と反対側の鉛直下方向を向くように、船舶９０の船底に取り付けられている。
【００５３】
各超音波送受波器２２１は、送信制御信号によってそれぞれが位相制御されて駆動される。複数の超音波送受波器２２１は、図６（Ａ）のＨ１面に示すような、鉛直方向に対して所定角を成す傘状の領域をなす送信ビーム群を形成するように、それぞれが与えられた送波タイミングにしたがって、第２超音波信号を音波変換し、海中へ送波する。
【００５４】
各超音波送受波器２２１は、第２超音波信号が魚群等に反射した反射エコーを受波し、電気信号に変換して、第２エコー信号として出力する。第２エコー信号は、インターフェース２２２を介して、受信部２２４に入力される。
【００５５】
受信部２２４は、一送信に対するエコー信号毎（Ｐｉｎｇ毎）に、第２エコー信号を、所定のサンプリングタイミング間隔でアナログデジタル変換して第２エコーデータを生成する。受信部２２４は、図６（Ａ）のＨ２面および図６（Ｂ）の矢印に示すように、鉛直方向に対して所定角間隔で受信ビームを形成するように、各第２エコー信号を合成し、方位へのビームエコーデータを生成する。受信部２２４は、ビームエコーデータを演算部３０へ出力する。
【００５６】
このような構成により、第２超音波送受信部２２は、図６に示すように、船舶９０の鉛直方向直下に対して所定角の送信ビームを形成するように超音波信号を送信して、その反射エコー信号を受信して受信ビームを形成する。これにより、第２超音波送受信部２２は、船舶９０を中心とする海面下の広範囲を探知する。すなわち、第２超音波送受信部２２は、一般的なスキャニングソナー装置と同様の送受信処理を実行する。なお、本実施形態では、一種のスキャニングソナー装置を例にしたが、既知の他のスキャニングソナー装置や、他種のソナー（例えば、サーチライトソナー装置）を用いてもよい。
【００５７】
演算部３０は、第１観測値算出部３０１、第２観測値算出部３０２、および魚量算出部３０３（本発明の「定量算出部」に相当する。）を備える。第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１から入力されたエコーデータに基づいて、上述の魚量算出処理に利用する魚群探知機から得られるデータを算出する。具体的には、第１観測値算出部３０１は、ターゲットストレングスＴｓと、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣと、魚群探知機による断面積ＡＥＳｖ（本発明の「第１断面積」に相当する。）と、を算出する。これらが本発明の「第１指標データ」に相当する。第１観測値算出部３０１は、これらのデータを魚量算出部３０３へ出力する。
【００５８】
なお、ターゲットストレングスＴｓは送信信号強度とエコー信号強度から算出できる魚群の平均ターゲットストレングスである。体積散乱Ｓｖは、エコー積分法を用いて算出できる。これらの具体的な算出方法は、既知の方法を用いることができ、説明は省略する。
【００５９】
また、第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１（＝魚群探知機）による断面積ＡＥＳｖを、例えば次の方法で算出する。第１観測値算出部３０１は、第１超音波送受信部２１から出力されたエコーデータに閾値を設定し、各エコーデータを閾値と比較して二値化する。第１観測値算出部３０１は、閾値以上のエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度）に魚群が存在すると判断する。この処理を所定Ｐｉｎｇ数分行い、閾値以上となる領域の外周線を検出し、当該外周線内の面積を二重積分（面積積分）することで、断面積ＡＥＳｖとして算出する（図２、図３参照）。
【００６０】
第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から入力されたビームエコーデータに基づいて、上述の魚量算出処理に利用するソナー装置から得られるデータを算出する。具体的には、第２観測値算出部３０２は、体積Ｖｓｓと、ソナー装置による断面積ＡＳＳｖ（本発明の「第２断面積」に相当する。）と、を算出する。これらが本発明の「第２指標データ」に相当する。第２観測値算出部３０２は、これらのデータを魚量算出部３０３へ出力する。
【００６１】
第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２（＝ソナー装置）による体積Ｖｓｓを、例えば次の方法で算出する。第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から出力されたビームエコーデータに閾値を設定し、各ビームエコーデータを閾値と比較して二値化する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上のビームエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度、Ｓｉｄｅ）に魚群が存在すると判断する。第２観測値算出部３０２は、この魚群が存在すると判断した範囲を三重積分（体積積分）して、体積Ｖｓｓを算出する（図３参照）。
【００６２】
また、第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２（＝ソナー装置）による
断面積ＡＳＳｖを、例えば次の方法で算出する。第２観測値算出部３０２は、第２超音波送受信部２２から出力されたビームエコーデータにおける、超音波送受波部を含むｐｉｎｇ方向−深度方向断面のビームエコーデータを抽出し、これら断面のビームエコーデータに対して閾値を設定し、各ビームエコーデータを閾値と比較して二値化する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上のビームエコーデータに対する位置（Ｐｉｎｇ，深度）に魚群が存在すると判断する。第２観測値算出部３０２は、閾値以上となる領域の外周線を検出し、当該外周線内の面積を断面積ＡＳＳｖとして算出する（図２、図３参照）。
【００６３】
魚量算出部３０３は、第１観測値算出部３０１からのターゲットストレングスＴｓ、魚群断面散乱強度ＳＳＥＣ、および断面積ＡＥＳｖと、第２観測値算出部３０２からの体積Ｖｓｓ、および断面積ＡＳＳｖとを用いて、上述の原理から魚量Ｎを算出する。
【００６４】
算出された魚量Ｎは、例えばＵＩ部４０の表示部４０２へ出力する。
【００６５】
ＵＩ部４０は操作部４０１、表示部４０２を備える。操作部４０１は、オペレータからの操作入力を受け付け、図示しない制御部や演算部３０へ出力する。表示部４０２は、例えば液晶パネルからなり、演算部３０で算出された魚量Ｎや、図示しない表示画像データ生成部で形成されたエコーデータに基づく魚探画像や、ビームエコーデータに基づくソナー画像を表示する。
【００６６】
このような構成では、例えば、実際の操業の際、操業者が魚探画像やソナー画像を観察して、情報を知りたい魚群を選択する操作を行うと、選択情報が演算部３０へ出力される。演算部３０は、選択された魚群に対して、上述の魚量算出処理を行い、算出した魚量Ｎを表示部４２へ表示させる。このように、操業者の所望する魚群の魚量を、操業しながら、短時間で且つ高精度に操業者へ提供することができる。
【００６７】
なお、操作部４１の少なくとも一部をタッチパネルとして、表示部４２と一体化してもよい。また、魚量の算出は、手動の選択で始まるものではなく、魚群を検出する毎に自動で開始するようにしてもよい。さらに、複数の魚群が存在する場合には、個別に魚量を算出すればよい。
【００６８】
次に、上述の原理を用いたシミュレーション結果を、図を参照して説明する。図７はシミュレーションの前提条件を説明するための図であり、図７（Ａ）は魚群の深度特性を調べるシミュレーションの条件であり、図７（Ｂ）は楕円体に想定した魚群の長軸に対して船舶が直角に通過するシミュレーションの条件であり、図７（Ｃ）は楕円体に想定した魚群の短軸に対して船舶が直角に通過するシミュレーションの条件である。図８はシミュレーション結果を示す図であり、図８（Ａ）が図７（Ａ）の条件による結果であり、図８（Ｂ）が図７（Ｂ）の条件による結果であり、図８（Ｃ）が図７（Ｃ）の条件による結果である。なお、図８（Ａ）において、実線で丸印の特性が条件設定により得られるＳＳの真値であり、破線でクロス（×）印の特性が上述の算出処理を行った場合を示す。なお、横軸に魚群番号１，２，３，４はそれぞれ異なる魚群を設定している。
【００６９】
本実施形態の処理を用いれば、図７（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）に示すように、いずれの魚群であっても、いずれの条件であっても、真値に近く、優れた深度特性を有し、船舶と魚群の方向関係に関係なく優れた結果を得られることが分かる。
【００７０】
なお、上述の説明では、魚群探知機に相当する第１超音波送受信部２１と、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２とを備える例を示したが、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２のみで構成することも可能である。この場合、第１観測値算出部３０１を第２超音波送受信部２２に接続し、魚群探知機に対応する第１超音波送受信部２１で得られる情報は、ソナー装置に対応する第２超音波送受信部２２における鉛直方向をメインローブとするビームエコーデータから算出すればよい。この場合、当該鉛直方向のビームエコーデータを所定Ｐｉｎｇ分記憶して、魚群探知機（第１超音波送受信部２１）で得られる情報に相当する情報を算出するとよい。そして、この場合、魚群探知機による断面積とソナー装置による断面積から得られる補正係数ＡＥＳｖ／ＡＳＳｖは「１」にすればよい。この構成とすることで、上述の第１超音波送受信部２１を省略できるため、超音波送受信装置の構成を簡素化できる。
【００７１】
また、上述の説明では、魚群の魚量を算出する例を示したが、同様に単体の物標が群れをなして移動するような他のターゲット物標に対しても、その定量を算出することに、上述の原理および構成を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０：超音波送受信装置、
２１：第１超音波送受信部、２１１：超音波送受波器、２１２：インターフェース、２１３：送信制御部、２１４：受信部、
２２：第２超音波送受信部、２２１：超音波送受波器、２２２：インターフェース、２２３：送信制御部、２２４：受信部、
３０：演算部、３０１：第１観測値算出部、３０２：第２観測値算出部、３０３：魚量算出部、
４０：ＵＩ部、４０１：操作部、４０２：表示部、
９０：船舶
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の鉛直下方向に第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する第１超音波送受信部と、
前記船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が前記ターゲット物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する第２超音波送受信部と、
前記エコー信号から前記ターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する第１観測値算出部と、
前記ビームエコー信号から前記ターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する第２観測値算出部と、
前記第１指標データと前記第２指標データから前記ターゲット物標の所定定量を算出する定量算出部と、を備えた超音波送受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波送受信装置であって、
前記ターゲット物標は魚群であり、
前記所定定量は、前記魚群の魚量である、超音波送受信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波送受信装置であって、
前記第１観測値算出部は、前記第１指標データとして、ターゲットストレングスＴｓ、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣと、第１断面積ＡＥＳｖを算出し、
前記第２観測値算出部は、前記第２指標データとして、体積Ｖｓｓと、第２断面積ＡＳＳｖと、を算出し、
前記定量算出部は、前記第１観測値算出部および前記第２観測値算出部から得られる各データを元に魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出し、次に示す演算式から魚量Ｎを算出する、超音波送受信装置。
【数６】
【請求項４】
請求項３に記載の超音波送受信装置であって、
前記定量算出部は、前記第１断面積ＡＥＳｖと前記第２断面積ＡＳＳｖとによる補正係数を用いて、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出する、超音波送受信装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の超音波送受信装置であって、
前記定量算出部は、魚群毎に魚量Ｎを算出する、超音波送受信装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の超音波送受信装置であって、
前記第２超音波送受信部は、前記第１超音波送受信部を兼用し、
前記第１観測値算出部は、前記ビームエコー信号における鉛直下方向のビームエコー信号から前記第１指標データを算出する、超音波送受信装置。
【請求項７】
船舶の鉛直下方向の第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する第１超音波送受信工程と、
前記船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が前記物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する第２超音波送受信工程と、
前記エコー信号から前記ターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する第１観測値算出工程と、
前記ビームエコー信号から前記ターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する第２観測値算出工程と、
前記第１指標データと前記第２指標データから前記ターゲット物標の所定定量を算出する定量算出工程と、を有するターゲット物標の定量検出方法。
【請求項８】
請求項７に記載の定量検出方法の各工程を有し、
前記ターゲット物標は魚群であり、
前記所定定量は、前記魚群の魚量である、魚量検出方法。
【請求項１】
船舶の鉛直下方向に第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する第１超音波送受信部と、
前記船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が前記ターゲット物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する第２超音波送受信部と、
前記エコー信号から前記ターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する第１観測値算出部と、
前記ビームエコー信号から前記ターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する第２観測値算出部と、
前記第１指標データと前記第２指標データから前記ターゲット物標の所定定量を算出する定量算出部と、を備えた超音波送受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波送受信装置であって、
前記ターゲット物標は魚群であり、
前記所定定量は、前記魚群の魚量である、超音波送受信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波送受信装置であって、
前記第１観測値算出部は、前記第１指標データとして、ターゲットストレングスＴｓ、体積散乱Ｓｖに基づく魚群断面散乱強度ＳＳＥＣと、第１断面積ＡＥＳｖを算出し、
前記第２観測値算出部は、前記第２指標データとして、体積Ｖｓｓと、第２断面積ＡＳＳｖと、を算出し、
前記定量算出部は、前記第１観測値算出部および前記第２観測値算出部から得られる各データを元に魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出し、次に示す演算式から魚量Ｎを算出する、超音波送受信装置。
【数６】
【請求項４】
請求項３に記載の超音波送受信装置であって、
前記定量算出部は、前記第１断面積ＡＥＳｖと前記第２断面積ＡＳＳｖとによる補正係数を用いて、魚群散乱強度ＳＳＣＨを算出する、超音波送受信装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の超音波送受信装置であって、
前記定量算出部は、魚群毎に魚量Ｎを算出する、超音波送受信装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の超音波送受信装置であって、
前記第２超音波送受信部は、前記第１超音波送受信部を兼用し、
前記第１観測値算出部は、前記ビームエコー信号における鉛直下方向のビームエコー信号から前記第１指標データを算出する、超音波送受信装置。
【請求項７】
船舶の鉛直下方向の第１超音波信号を送信し、該第１超音波信号がターゲット物標に反射して得られるエコー信号を出力する第１超音波送受信工程と、
前記船舶の下方向の所定範囲に第２超音波信号を送信し、該第２超音波信号が前記物標に反射して得られるエコー信号をビーム形成したビームエコー信号を出力する第２超音波送受信工程と、
前記エコー信号から前記ターゲット物標のエコー強度に関する第１指標データを算出する第１観測値算出工程と、
前記ビームエコー信号から前記ターゲット物標の大きさに関する第２指標データを算出する第２観測値算出工程と、
前記第１指標データと前記第２指標データから前記ターゲット物標の所定定量を算出する定量算出工程と、を有するターゲット物標の定量検出方法。
【請求項８】
請求項７に記載の定量検出方法の各工程を有し、
前記ターゲット物標は魚群であり、
前記所定定量は、前記魚群の魚量である、魚量検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２５６６７（Ｐ２０１２−２２５６６７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０９５１（Ｐ２０１１−９０９５１）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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