JP2008304329A - Measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、航空機などに搭載し、搭載された航空機などの高度や速度を測定するドップラーレーダなどの測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus such as a Doppler radar that is mounted on an aircraft and measures altitude and speed of the mounted aircraft.
航空機などを航法誘導するためには、航空機などの高度や速度を測定する必要がある。
ドップラーレーダは、GPS衛星のような外部からの支援がなくても高度や速度を測定することができるので、災害地における無人機の着陸支援や、惑星探査機の自律航法など外部からの支援が期待できない状況でも利用することができる。
Since Doppler radar can measure altitude and speed without external support such as GPS satellites, external support such as drone landing support in disaster areas and autonomous navigation of planetary probes is not possible. It can be used even in situations where it cannot be expected.
ドップラーレーダなどの測定装置をこのように利用する場合、測定結果が信頼できるか否かを判定することが重要である。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ドップラーレーダなど高度や速度を測定する測定装置において、測定結果の信頼性を正しく判定することを目的とする。
When a measuring device such as a Doppler radar is used in this way, it is important to determine whether the measurement result is reliable.
The present invention has been made, for example, in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to correctly determine the reliability of a measurement result in a measurement apparatus that measures altitude and speed, such as Doppler radar.
この発明にかかる測定装置は、
電波を送信する送信部と、
上記送信部が送信した電波が対象に当たって反射した反射波を受信する受信部と、
上記受信部が受信した反射波の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部と、
上記反射波測定部が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部と、
上記受信部が受信した反射波の振幅を測定する振幅測定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部が判定した場合に、上記状態算出部が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部とを有することを特徴とする。
The measuring apparatus according to the present invention is
A transmitter for transmitting radio waves,
A receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the radio wave transmitted by the transmitting unit hitting the target; and
A reflected wave measuring unit for measuring at least one of a delay time and a frequency shift of the reflected wave received by the receiving unit;
Based on at least one of the delay time and frequency shift measured by the reflected wave measurement unit, a state calculation unit that calculates at least one of the distance to the target and the relative velocity;
An amplitude measuring unit for measuring the amplitude of the reflected wave received by the receiving unit;
An amplitude determination unit that determines whether the amplitude measured by the amplitude measurement unit is within a predetermined range;
If the amplitude measured by the amplitude measuring unit is not within a predetermined range, the amplitude determining unit determines that the reliability is low for at least one of the distance and the relative speed calculated by the state calculating unit. And a reliability output unit that outputs a signal.
この発明にかかる測定装置によれば、反射波の振幅が所定の範囲外である場合に、信頼性が低いことを示す信号を信頼性出力部が出力するので、送信部が送信した電波が想定外の対象に当たって反射した反射波を観測した場合に、異常データとして除外することができ、測定結果の信頼性を正しく判定することができるという効果を奏する。 According to the measuring apparatus of the present invention, when the amplitude of the reflected wave is outside the predetermined range, the reliability output unit outputs a signal indicating that the reliability is low, so the radio wave transmitted by the transmission unit is assumed. When a reflected wave reflected by an external object is observed, it can be excluded as abnormal data, and the reliability of the measurement result can be correctly determined.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
図1は、この実施の形態における高度速度測定装置100の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
高度速度測定装置100(測定装置)は、航空機などに搭載される装置である。高度速度測定装置100は、地表400(対象)に向けて電波(送信波501)を送信し、送信した電波が地表400に当たって反射した反射波502を受信して、伝達時間や周波数偏移を測定することにより、高度速度測定装置100が搭載された航空機などの高度や速度を測定する。
FIG. 1 is a block configuration diagram showing an example of the overall configuration of the altitude speed measuring apparatus 100 in this embodiment.
The altitude speed measuring device 100 (measuring device) is a device mounted on an aircraft or the like. The altitude velocity measuring apparatus 100 transmits a radio wave (transmission wave 501) toward the ground surface 400 (target), receives the
高度速度測定装置100は、送信部111、アンテナ112、受信部113、反射波測定部120、状態算出部130、振幅測定部141、信頼性判定部150、姿勢情報入力部171、速度出力部181、距離出力部182を有する。
The altitude speed measurement apparatus 100 includes a
送信部111は、所定周波数(例えば、マイクロ波帯やミリ波帯など)のパルス変調された信号を生成する。なお、これは高度速度の測定方式がパルス方式の場合であり、異なる方式であってもよい。例えば、FM−CW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式であれば、送信部111は、周波数変調された信号を生成する。また、スペクトラム拡散方式であれば、送信部111は、擬似乱数コードにより拡散変調された信号を生成する。
The
アンテナ112は、送信部111が生成した信号を入力し、入力した信号を所定の方向に送信波501として送信する。
アンテナ112は、例えば、アクティブアレイアンテナであり、任意の方向に所望のビームを形成して、電波を送信できる。あるいは、アンテナ112は、機械式アンテナであり、アンテナ112の向きを機械的に動かすことにより、所望の方向に電波を送信するものであってもよい。また、アンテナ112は、指向性の異なる複数のアンテナであり、アンテナを切り替えることにより、所望の方向に電波を送信するものであってもよい。
The
The
アンテナ112が送信した送信波501は、光速で伝播して、地表400(対象)に到達する。送信波501は、地表400に当たって反射して反射波502となる。反射波502は、アンテナ112と地表400との相対速度によるドップラーシフトにより、周波数が偏移している。反射波502は、光速で伝播して、アンテナ112に到達する。アンテナ112は、反射波502を受信する。
なお、送信用アンテナと受信用アンテナとが異なっていてもよい。
The
Note that the transmitting antenna and the receiving antenna may be different.
受信部113は、アンテナ112が受信した反射波502を入力し、中間周波数に周波数変換する。受信部113は、周波数変換した信号の同相成分及び直交成分を検出し、アナログデジタル変換して、同相(I)信号及び直交(Q)信号を生成する。受信部113は、生成した同相信号及び直交信号を出力する。
The
反射波測定部120は、受信部113が出力した同相信号及び直交信号に基づいて、反射波502の遅延時間(アンテナ112が送信波501を送信してから反射波502を受信するまでの時間)や周波数偏移(送信波501の周波数と反射波502の周波数との差)を測定する。
反射波測定部120は、フーリエ変換部121、ピーク周波数算出部122、パルス積算部124、ピーク検出部125、応答時間算出部126を有する。
Based on the in-phase signal and the quadrature signal output from the
The reflected
フーリエ変換部121は、受信部113が出力した同相信号及び直交信号を入力する。フーリエ変換部121は、入力した同相信号及び直交信号をフーリエ交換(例えば、高速フーリエ変換(FFT))して、周波数成分(周波数領域における反射波502の強度)を算出する。フーリエ変換部121は、算出した周波数成分を表わす信号を出力する。
The Fourier
ピーク周波数算出部122は、フーリエ変換部121が出力した信号を入力する。ピーク周波数算出部122は、入力した信号に基づいて、周波数成分が最も強い周波数(ピーク周波数)を算出する。ピーク周波数算出部122は、算出したピーク周波数を表わす信号を出力する。
The peak
パルス積算部124は、受信部113が出力した同相信号及び直交信号を入力する。パルス積算部124は、入力した信号に基づいて、送信部111が送信した送信波501の所定数のパルスに対する反射波502の振幅を算出し、積算する。これにより、信号雑音比(S/N)が向上する。パルス積算部124は、積算した反射波502の振幅を表わす信号を出力する。
The
ピーク検出部125は、パルス積算部124が出力した信号を入力する。ピーク検出部125は、入力した信号に基づいて、反射波502の振幅が最も大きい時刻(ピーク時刻)を算出する。ピーク検出部125は、算出したピーク時刻を表わす信号を出力する。
The
応答時間算出部126は、ピーク検出部125が出力した信号を入力する。応答時間算出部126は、入力した信号に基づいて、反射波502の遅延時間(ピークスラントレンジ応答時間)を算出する。応答時間算出部126は、算出した遅延時間を表わす信号を出力する。
The response
姿勢情報入力部171は、姿勢情報を入力する。姿勢情報とは、例えば、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの機首方向(水平面内における角度(ヘディング)及び上下方向における角度(ピッチ))などを表わす情報であり、航空機などを基準にした座標系を、絶対座標系に変換するために必要な情報である。例えば、高度速度測定装置100が搭載した加速度センサが測定した加速度や、あらかじめ方向がわかっている目標(例えば、星座など)をカメラが撮影した画像などの情報に基づいて、高度速度測定装置100が搭載した他のシステムが姿勢情報を算出する。なお、姿勢情報は、高度速度測定装置100が測定した高度や速度などの情報に基づいて算出したものであってもよい。姿勢情報入力部171は、入力した姿勢情報を表わす信号を出力する。
The posture
状態算出部130は、反射波測定部120が測定した遅延時間や周波数偏移に基づいて、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度や速度を算出する。
状態算出部130は、速度算出部131、距離算出部132を有する。
The
The
速度算出部131は、ピーク周波数算出部122が出力したピーク周波数を表わす信号を入力する。反射波502の周波数偏移はドップラーシフトによるものなので、送信波501及び反射波502の伝播方向(レンジ方向)におけるアンテナ112と地表400(対象)との相対速度(対地速度)に比例する。
高度速度測定装置100を搭載した航空機などの3次元の速度ベクトルを求めるため、アンテナ112は、3以上の互いに独立した方向に送信波501を送信する。速度算出部131は、それぞれの方向におけるピーク周波数に基づいて、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの速度ベクトル(自機速度)を算出する(物理量変換処理)。
ここで、アンテナ112が送信波501を送信する方向は高度速度測定装置100を搭載した航空機などを基準にした方向であるから、速度算出部131が算出した速度ベクトルも、高度速度測定装置100を搭載した航空機などを基準にした座標系で表わされたものである。
速度算出部131は、姿勢情報入力部171が出力した姿勢情報を表わす信号を入力する。速度算出部131は、入力した信号に基づいて、算出した速度ベクトルを座標系変換して、絶対座標系における速度ベクトルを算出する。
The speed calculator 131 receives a signal representing the peak frequency output from the
In order to obtain a three-dimensional velocity vector of an aircraft or the like equipped with the altitude velocity measuring apparatus 100, the
Here, since the direction in which the
The speed calculation unit 131 inputs a signal representing the posture information output from the posture
距離算出部132は、応答時間算出部126が出力した遅延時間を表わす信号を入力する。送信波501及び反射波502は光速で伝播するので、反射地点との距離は、遅延時間に比例する。
距離算出部132は、反射波502の遅延時間に基づいて、地表400との距離を算出する。距離算出部132は、算出した地表400との距離を表わす信号を出力する。
The
The
なお、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度(自機高度)を求める場合、アンテナ112は、真下方向に送信波501を送信する必要がある。
そのため、アンテナ112は、真下方向を含むと予想される比較的広い範囲のビームを形成し、送信波501を送信する。地表400に起伏や傾斜がなく、平坦で水平であると仮定すると、アンテナ112から見て真下方向の地表400は、アンテナ112から最も近い。したがって、真下方向の地表400からの反射波502が最も早くアンテナ112に戻ってくる。また、距離が最も近いので、反射波502の振幅も一番大きい。これにより、真下方向が正確にわからなくても、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度を算出できる。
In addition, when calculating | requiring altitude (self-machine altitude), such as an aircraft carrying the altitude speed measuring apparatus 100, the
Therefore, the
なお、姿勢情報入力部171が入力した姿勢情報に基づいて真下方向がどの方向であるかを判別し、判別した真下方向に向けてアンテナ112が送信波501を送信することにより、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度を算出してもよい。
It is to be noted that the altitude velocity measuring device is determined by determining which direction is directly below based on the attitude information input by the attitude
このように、速度を求めたい場合と、距離を求めたい場合とでは、アンテナ112が送信する送信波501の送信パターン(送信方向やパルス周期など)が異なる。一般的に、速度の測定精度と距離の測定精度とは相反する傾向があるので、高度速度測定装置100は、例えば、速度測定モードか距離(高度)測定モードかを表わす信号を外部から入力し、入力した信号に基づいて、アンテナ112が送信する送信波501の送信パターンを定めることとしてもよい。あるいは、速度測定モードと距離(高度)測定モードとを所定の周期で交互に繰り返すこととしてもよい。
As described above, the transmission pattern (transmission direction, pulse period, etc.) of the
振幅測定部141は、ピーク時刻における反射波502の振幅を測定する。
振幅測定部141は、パルス積算部124が出力した反射波502の振幅(時間領域における反射波502の強度)を表わす信号と、ピーク検出部125が出力したピーク時刻を表わす信号を入力する。振幅測定部141は、入力した信号に基づいて、ピーク時刻における反射波502の振幅を算出する。振幅測定部141は、算出した反射波502の振幅を表わす信号を出力する。
The
信頼性判定部150は、振幅測定部141が測定したピーク時刻における反射波502の振幅に基づいて、状態算出部130が算出した距離や速度などが信頼できるか否かを判定する。
信頼性判定部150(ターゲット情報識別部)は、振幅記憶部151、振幅判定部155(閾値判定部)、信頼性出力部156を有する。
The
The reliability determination unit 150 (target information identification unit) includes an
振幅記憶部151は、振幅測定部141が出力した信号を入力する。振幅記憶部151は、入力した信号が表わす振幅測定部141が測定した反射波502の振幅を、一時的に記憶する。
The
振幅判定部155は、振幅測定部141が出力した信号を入力する。振幅判定部155は、入力した信号が表わす振幅測定部141が測定した反射波502の振幅と、振幅記憶部151が以前に記憶した反射波502の振幅とを比較する。
振幅判定部155は、振幅の差が、あらかじめ設定された許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果を表わす信号を出力する。
The
The
信頼性出力部156は、振幅判定部155が出力した信号を入力する。入力した信号に基づいて、振幅の差が許容範囲内であると振幅判定部155が判定した場合には、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した距離や速度などの信頼性が高いことを表わす信号を外部に出力する。また、振幅の差が許容範囲外であると振幅判定部155が判定した場合には、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した距離や速度などの信頼性が低いことを表わす信号を外部に出力する。
The
速度出力部181は、速度算出部131が算出した速度ベクトルを表わす信号を外部に出力する。
距離出力部182は、距離算出部132が算出した距離を表わす信号を外部に出力する。
The
The
速度出力部181及び距離出力部182が出力した信号は、例えば、慣性航法システム(航法誘導制御部)が入力し、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの現在位置や高度などの推定に利用する。その際、信頼性出力部156が出力した信号に基づいて信頼性を判断した上で、慣性航法システムが入力した信号が表わす距離や速度を利用する。例えば、信頼性出力部156が出力した信号が信頼性の低いことを表わす場合、慣性航法システムは、そのタイミングで入力した信号が表わす距離や速度を使用しない。あるいは、信頼性が低い場合には、信頼性が高いデータよりも重み付けを軽くして利用することとしてもよい。
The signals output from the
次に、この実施の形態における信頼性判定の原理について説明する。
反射波502の振幅は、反射地点との距離の4乗に反比例し、反射地点のレーダ断面積(RCS:Radar Cross Section)に比例する。したがって、反射波502の振幅が大きく変化した場合、反射地点との距離(スラント長)が大きく変化したか、反射地点のレーダ断面積(散乱特性)が大きく変化したかのいずれかである。
Next, the principle of reliability determination in this embodiment will be described.
The amplitude of the reflected
地表400のレーダ断面積は、一定の地域内であれば概ね一定であると考えられる。また、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度に変化がなければ、アンテナ112と地表400の反射地点との距離も、概ね変化しないと考えられる。
したがって、反射波502の振幅が大きく変化した場合、送信波501のビーム内に予期せぬ対象が進入し、その対象に反射した反射波502を観測したなどの理由ことにより、反射地点との距離あるいは反射地点のレーダ断面積が変化したものである可能性が高い。
その場合、その反射波502を測定して算出した距離や速度は、異常データである可能性が高く、信頼性が低い。
The radar cross-sectional area of the
Accordingly, when the amplitude of the reflected
In that case, the distance and speed calculated by measuring the reflected
この実施の形態における高度速度測定装置100は、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅を、以前に測定して記憶しておいた反射波502の振幅と比較し、振幅の差が所定の範囲外である場合に、状態算出部130が算出した距離や速度などの信頼性が低いと判定するので、上述のような場合に、異常データを正しく判別し、システム全体としての信頼性を向上することができる。
The altitude velocity measuring apparatus 100 in this embodiment compares the amplitude of the reflected
速度の測定精度を重視する速度測定モードでは、距離算出部132が算出する反射地点までの距離の精度が低くなる場合がある。この実施の形態における高度速度測定装置100は、距離算出部132が算出した距離を使用せず、反射波502の振幅の変化に基づいて、反射地点との距離または反射地点のレーダ断面積が変化したことを検出するので、距離算出部132が算出した距離の精度が低い場合でも、正しく信頼性を判定することができる。
In the speed measurement mode that places importance on speed measurement accuracy, the accuracy of the distance to the reflection point calculated by the
次に、振幅判定部155が比較する反射波502の振幅について説明する。
振幅判定部155は、アンテナ112が以前に受信した反射波502について振幅測定部141が測定し、振幅記憶部151が記憶した反射波502の振幅を基準として、アンテナ112が直前に受信した反射波502について振幅測定部141が測定した反射波502の振幅と比較する。
Next, the amplitude of the reflected
The
例えば、高度や速度の測定開始前に、基準振幅を測定するための送信波501をアンテナ112が送信し(参照値測定モード)、その反射波502を測定して振幅測定部141が出力した振幅を、基準振幅として振幅記憶部151が記憶しておく。
その後、高度や速度を測定するための送信波501をアンテナ112が送信し(高度・速度算出モード)、その反射波502を測定して振幅測定部141が出力した振幅と、振幅記憶部151が記憶した基準振幅とを、振幅判定部155が比較する。
For example, before starting the measurement of altitude and speed, the
Thereafter, the
あるいは、高度や速度を測定するための送信波501をアンテナ112が送信し、その反射波502を測定して振幅測定部141が出力した振幅を振幅記憶部151が複数記憶しておき、振幅判定部155は、その平均値を算出して基準振幅とする。
その後、高度や速度を測定するための送信波501をアンテナ112が送信し、その反射波502を測定して振幅測定部141が出力した振幅と、振幅判定部155が算出した基準振幅とを、振幅判定部155が比較する。
Alternatively, the
Thereafter, the
または、高度や速度の測定と、基準振幅の測定とを交互に行い、直近に測定した基準振幅、あるいは、複数回の基準振幅の平均値を基準として、振幅判定部155が比較してもよい。
Alternatively, the altitude / speed measurement and the reference amplitude measurement are alternately performed, and the
この実施の形態における高度速度測定装置100(測定装置)は、
電波(送信波501)を送信する送信部111と、
上記送信部111が送信した電波(送信波501)が対象(地表400)に当たって反射した反射波502を受信する受信部113と、
上記受信部113が受信した反射波502の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部120と、
上記反射波測定部120が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象(地表400)との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部130と、
上記受信部113が受信した反射波502の振幅を測定する振幅測定部141と、
上記振幅測定部141が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部155と、
上記振幅測定部141が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部155が判定した場合に、上記状態算出部130が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部156とを有することを特徴とする。
The altitude speed measuring device 100 (measuring device) in this embodiment is:
A
A receiving
A reflected
A
An
An
If the amplitude measured by the
この実施の形態における高度速度測定装置100によれば、反射波502の振幅が所定の範囲外である場合に、信頼性が低いことを示す信号を信頼性出力部156が出力するので、送信波501が地表400以外の想定外の対象に当たって反射した反射波502を観測した場合に、異常データとして除外することができ、測定した距離や速度の信頼性を高くすることができるという効果を奏する。
According to the altitude velocity measuring apparatus 100 in this embodiment, when the amplitude of the reflected
なお、この例において、信頼性出力部156は、信頼性が高いか低いかの二値データを出力しているが、信頼性出力部156は、反射波502の振幅が所定の範囲外である場合に、所定の範囲から外れている程度に基づいて、連続的に変化する信頼性を表わす信号を出力してもよい。
In this example, the
この実施の形態における高度速度測定装置100(測定装置)は、更に、
上記振幅測定部141が測定した振幅を記憶する振幅記憶部151を有し、
上記振幅判定部155は、上記振幅測定部141が測定した振幅と、上記振幅記憶部151が以前に記憶した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする。
The altitude speed measuring device 100 (measuring device) in this embodiment further includes:
An
The
この実施の形態における高度速度測定装置100によれば、振幅判定部155が反射波502の振幅を判定する基準として、以前に振幅測定部141が測定した振幅を使用するので、反射地点との距離や反射地点のレーダ断面積が不明であっても、異常データか否かを判定することができるという効果を奏する。
According to the altitude velocity measuring apparatus 100 in this embodiment, the
以上説明した高度速度測定装置100(測定装置)が高度や速度などの物理量を測定する測定方法は、
送信部111が、電波(送信波501)を送信し、
受信部113が、上記送信部111が送信した電波(送信波501)が対象(地表400)に当たって反射した反射波502を受信し、
反射波測定部120が、上記受信部113が受信した反射波502の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定し、
状態算出部130が、上記反射波測定部120が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象(地表400)との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出し、
振幅測定部141が、上記受信部113が受信した反射波の振幅を測定し、
振幅判定部155が、上記振幅測定部141が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定し、
信頼性出力部156が、上記振幅測定部141が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部155が判定した場合に、上記状態算出部130が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示し信号を出力するものである。
The above-described altitude speed measuring apparatus 100 (measuring apparatus) measures a physical quantity such as altitude and speed,
The
The
The reflected
Based on at least one of the delay time and the frequency shift measured by the reflected
The
The
When the
以上説明した高度速度測定装置100(測定装置)の各機能ブロックは、ハードウェアを用いて構成してもよいし、ソフトウェアを用いて構成してもよい。すなわち、上記各機能ブロックを実現するプログラムを、コンピュータが実行することにより構成してもよい。コンピュータは、情報を処理する処理装置(CPUなど)、情報を記憶する記憶装置(メモリ、ハードディスク装置など)、情報を入力する入力装置(操作ボタン、キーボードなど)、情報を出力する出力装置(表示装置、スピーカなど)などの構成を備えるものであればよく、記憶装置が記憶したプログラムを処理装置が実行することにより、コンピュータを高度速度測定装置100として機能させることができる。
以下説明する各実施の形態においても同様である。
Each functional block of the altitude speed measuring apparatus 100 (measuring apparatus) described above may be configured using hardware or may be configured using software. That is, you may comprise by the computer running the program which implement | achieves each said functional block. The computer includes a processing device (such as a CPU) that processes information, a storage device (such as a memory and a hard disk device) that stores information, an input device (such as operation buttons and a keyboard) that inputs information, and an output device (display) that outputs information. The computer may function as the altitude speed measuring device 100 by the processing device executing the program stored in the storage device.
The same applies to each embodiment described below.
実施の形態2.
実施の形態2について、図2を用いて説明する。
Embodiment 2. FIG.
Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
図2は、この実施の形態における高度速度測定装置100の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
なお、実施の形態1で説明した高度速度測定装置100と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
FIG. 2 is a block configuration diagram showing an example of the overall configuration of the altitude speed measuring apparatus 100 in this embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in the altitude speed measuring apparatus 100 demonstrated in Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted here.
信頼性判定部150(ターゲット情報識別部)は、断面積算出部152、断面積記憶部153、振幅予測部154(閾値算出部)、振幅判定部155(閾値判定部)、信頼性出力部156を有する。
The reliability determination unit 150 (target information identification unit) includes a cross-sectional
断面積算出部152は、振幅測定部141が出力した反射波502の振幅を表わす信号を入力する。また、断面積算出部152は、距離算出部132が出力した地表400(対象)との距離を表わす信号を入力する。断面積算出部152は、入力した信号に基づいて、地表400のレーダ断面積を算出する。実施の形態1で述べたように、反射波502の振幅は、反射地点との距離の4乗に反比例し、反射地点のレーダ断面積に比例するので、断面積算出部152は、例えば、σ=k・P・r4(σは、レーダ断面積。kは、比例定数。Pは、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅。rは、距離算出部132が算出した反射地点との距離。)を計算することにより、レーダ断面積を求める。断面積算出部152は、算出したレーダ断面積を表わす信号を出力する。
The cross-sectional
断面積記憶部153は、断面積算出部152が出力した信号を入力する。断面積記憶部153は、入力した信号が表わすレーダ断面積を記憶する。
なお、断面積記憶部153(RCSテーブル部)は、予想される地表400のレーダ断面積をあらかじめROM(Read Only Memory)などの記憶装置を用いて記憶しておいてもよい。その場合、断面積算出部152はなくてもよい。
The cross-sectional
The cross-sectional area storage unit 153 (RCS table unit) may store the predicted radar cross-sectional area of the
振幅予測部154は、断面積記憶部153が以前に記憶したレーダ断面積を入力する。また、振幅予測部154は、距離算出部132が出力した地表400との距離を表わす信号を入力する。振幅予測部154は、入力した信号に基づいて、予想される反射波502の振幅を算出する。振幅予測部154は、例えば、P’=σ’/(k・r4)(P’は、予想される反射波502の振幅。σ’は、断面積記憶部153が記憶したレーダ断面積。kは、比例定数。rは、距離算出部132が算出した反射地点との距離。)を計算することにより、予想される反射波502の振幅を求める。振幅予測部154は、算出した予想される反射波502の振幅を表わす信号を出力する。
The
振幅判定部155は、振幅測定部141が出力した反射波502の振幅を表わす信号を入力する。また、振幅判定部155は、振幅予測部154が出力した予想される反射波502の振幅を表わす信号を入力する。振幅判定部155は、入力した信号が表わす2つの振幅を比較して、振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する。
ここで、振幅の差の許容範囲は、あらかじめ定めた一定の範囲であってもよいし、アンテナ112が送信する送信波501の送信パターンから予想される距離の測定精度に基づいて、測定精度が高い場合は許容範囲を狭く、測定精度が低い場合は許容範囲を広くするいうように、変化させることとしてもよい。その場合、振幅予測部154が許容範囲の上限及び下限を算出することとしてもよいし、振幅判定部155が許容範囲を算出して判定することとしてもよい。
The
Here, the allowable range of the difference in amplitude may be a predetermined fixed range, or the measurement accuracy is based on the measurement accuracy of the distance expected from the transmission pattern of the
上述したように、反射波502の振幅は、反射地点との距離の4乗に反比例する。実施の形態1では、反射地点との距離が概ね一定であることを前提として、反射波502の振幅をそのまま比較したが、反射地点との距離が変化する場合には、それに伴って反射波502の振幅が大きく変化するので、反射波502の振幅をそのまま比較したのでは、正しく判定できない可能性がある。
この実施の形態では、距離算出部132が算出した反射地点との距離を用いて、断面積算出部152が、反射波502の振幅を反射地点のレーダ断面積に換算する。換算したレーダ断面積を断面積記憶部153が記憶しておき、その後の観測時に、距離算出部132が算出した反射地点との距離を用いて、記憶しておいたレーダ断面積から予想される反射波502の振幅を算出して、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅と比較する。したがって、反射地点との距離の要素は相殺され、反射地点のレーダ断面積の変化を検出できる。
As described above, the amplitude of the reflected
In this embodiment, using the distance from the reflection point calculated by the
また、上述したように、振幅予測部154が反射波502の振幅を予測するのに用いるレーダ断面積は、実際の観測データに基づいて断面積算出部152が算出したものでなく、断面積記憶部153があらかじめ記憶しておいたものを用いてもよい。例えば、断面積記憶部153は、市街地、森林、水田など、代表的な対象についてのレーダ断面積をあらかじめ記憶しておき、例えば、カメラが撮影した画像に基づいて地表の種類を判別して、判別した種別に対応するレーダ断面積を選択して使用することとしてもよい。
Further, as described above, the radar cross section used by the
このようにして、反射地点のレーダ断面積の変化を検出し、レーダ断面積が想定される範囲外となった場合には、地表400以外の対象に反射した反射波502を観測したものとして、その反射波502に基づいて算出した距離や速度などの信頼性が低いと判定する。したがって、異常データを正しく判別することができる。
In this way, when the change in the radar cross-sectional area at the reflection point is detected and the radar cross-sectional area is outside the assumed range, the reflected
この実施の形態における高度速度測定装置100(測定装置)は、更に、
上記振幅測定部141が測定した振幅に基づいて、上記対象(地表400)のレーダ断面積を算出する断面積算出部152と、
上記断面積算出部152が算出したレーダ断面積を記憶する断面積記憶部153と、
上記断面積記憶部153が以前に記憶したレーダ断面積に基づいて、上記反射波502の振幅を予測する振幅予測部154とを有し、
上記振幅判定部155は、上記振幅測定部141が測定した振幅と、上記振幅予測部154が予測した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする。
The altitude speed measuring device 100 (measuring device) in this embodiment further includes:
A cross-sectional
A cross-sectional
An
The
この実施の形態における高度速度測定装置100によれば、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅から断面積算出部152が反射地点のレーダ断面積を算出し、算出したレーダ断面積から振幅予測部154が予測した反射波502の振幅と、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅とを比較するので、反射地点との距離が変化する場合であっても、レーダ断面積の変化を検出することができ、異常データであるか否かを正しく判定できるという効果を奏する。
According to the altitude velocity measuring apparatus 100 in this embodiment, the cross-sectional
なお、信頼性判定部150は、更に、実施の形態1で説明した振幅記憶部151を備え、状況に応じて、振幅記憶部151が記憶した反射波502の振幅と、振幅予測部154が予測した反射波502の振幅とのうちからいずれかを、振幅判定部155が選択し、振幅測定部141が測定した反射波502の振幅と比較することとしてもよい。例えば、距離算出部132が算出した反射地点との距離の測定精度が低い状況では、振幅記憶部151が記憶した反射波502の振幅を比較の基準とし、距離の測定精度が高い状況では、振幅予測部154が予測した反射波502の振幅を比較の基準とすることとしてもよい。あるいは、速度算出部131が算出した速度から、高度速度測定装置100を搭載した航空機などが水平飛行しているか否かを判定し、水平飛行の場合には地表400との距離の変化が小さいので、振幅記憶部151が記憶した反射波502の振幅を比較の基準とし、水平飛行でない場合には地表400との距離の変化が大きいので、振幅予測部154が予測した反射波502の振幅を比較の基準とすることとしてもよい。
Note that the
実施の形態3.
実施の形態3について、図3を用いて説明する。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment will be described with reference to FIG.
図3は、この実施の形態における高度速度測定装置100の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
なお、実施の形態1及び実施の形態2で説明した高度速度測定装置100と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
FIG. 3 is a block configuration diagram showing an example of the overall configuration of the altitude speed measuring apparatus 100 in this embodiment.
In addition, about the part which is common in the altitude speed measuring apparatus 100 demonstrated in Embodiment 1 and Embodiment 2, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted here.
信頼性判定部150(スラント長情報識別部、周辺地形傾斜判定部)は、更に、距離予測部161(期待スラント長算出部)、距離判定部162(スラント長判定部)を有する。 The reliability determination unit 150 (slant length information identification unit, peripheral terrain inclination determination unit) further includes a distance prediction unit 161 (expected slant length calculation unit) and a distance determination unit 162 (slant length determination unit).
距離予測部161は、姿勢情報入力部171が出力した姿勢情報を表わす信号を入力する。距離予測部161は、入力した信号に基づいて、反射波502の反射地点との距離を予測する。距離予測部161は、アンテナ112が送信波501を送信した方向(高度速度測定装置100を搭載した航空機などを基準とした座標系)を、姿勢情報が表わす高度速度測定装置100を搭載した航空機などの機首方向(自機傾き)とに基づいて、座標系変換し、アンテナ112が送信波501を送信した方向(絶対座標系)を求める。距離予測部161は、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度(自機高度)などに基づいて、その方向の地表400までの距離を予測する。例えば、地表400に起伏も傾斜もなく、平坦で水平であるとの仮定に基づいて、距離予測部161は、r=h/cosθ(rは、反射地点との距離。hは、高度速度測定装置100を搭載した航空機などの高度。θは、アンテナ112が送信波501を送信した方向が、鉛直方向との間になす角。)を計算することにより、アンテナ112が送信波501を送信した方向における地表400までの距離を予測する。距離予測部161は、予測した反射地点との距離を表わす信号を出力する。
The
距離判定部162は、距離算出部132が出力した地表400との距離を表わす信号を入力する。また、距離判定部162は、距離予測部161が出力した予測した反射地点との距離を表わす信号を入力する。距離判定部162は、入力した信号に基づいて、2つの距離を比較し、距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する。
The
信頼性出力部156は、振幅判定部155の判定結果と、距離判定部162の判定結果とに基づいて、状態算出部130が算出した距離や速度の信頼性を表わす信号を外部に出力する。
The
図4は、この実施の形態における信頼性出力部156が出力する信頼性を表わす信号の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal representing the reliability output by the
反射波502の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲内である場合、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した高度及び速度がともに信頼性が高いことを表わす信号を出力する。
When the amplitude of the reflected
反射波502の振幅が予測した範囲内であるが、反射地点との距離が予測した範囲から外れている場合、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した高度は信頼性が低く、速度は信頼性が高いことを表わす信号を出力する。反射地点のレーダ断面積は想定通りなので、地表400に反射した反射波502を検出したものと考えられるが、反射地点との距離が想定と異なるので、地表400に起伏や傾斜があるものと考えられる。地表400が平坦で水平であることを仮定して高度の測定をしている場合には、仮定に反して地表400に起伏や傾斜があるため、測定した高度の信頼性が低くなるからである。
When the amplitude of the reflected
反射波502の振幅が予測した範囲から外れているが、反射地点との距離が予測した範囲ないである場合、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した高度は信頼性が高く、速度は信頼性が低いことを表わす信号を出力する。反射地点との距離が想定通りなので、地表400が平坦で水平であるという仮定は正しいと考えられるが、反射地点のレーダ断面積が想定と異なるので、例えば、地上を移動している対象に反射した反射波502を観測した可能性があり、その周波数偏移に基づいて算出した速度の信頼性が低くなるからである。
When the amplitude of the reflected
反射波502の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲外である場合、信頼性出力部156は、状態算出部130が算出した高度及び速度がともに信頼性が低いことを表わす信号を出力する。
When both the amplitude of the reflected
このように、振幅判定部155の判定結果と距離判定部162の判定結果を組み合わせることにより、地表400(ターゲット)の形状(地形構造)と、ターゲットの種類とを判別することができる。
Thus, by combining the determination result of the
なお、ここに示した信頼性の判定基準は一例である。例えば、地表400が平坦かつ水平であることを仮定しない測定方式であれば、反射地点との距離が想定と異なるからといって測定結果の信頼性が低くなることにはならない。
Note that the reliability criterion shown here is an example. For example, if the measurement method does not assume that the
また、信頼性出力部156が振幅判定部155及び距離判定部162の判定結果を解釈して、信頼性を判断するのではなく、振幅判定部155及び距離判定部162の判定結果をそのまま出力して、判断を外部のシステムに任せることとしてもよい。例えば、反射波502の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲から外れている場合、想定外の対象が存在するので、慣性航法システム(航法誘導制御部)が高度速度測定装置100を搭載した航空機などの進路を変更して回避するなどの対応をしてもよい。
In addition, the
この実施の形態における高度速度測定装置100(測定装置)は、更に、
上記対象(地表400)との距離を予測する距離予測部161と、
上記状態算出部130(距離算出部132)が算出した距離と、上記距離予測部161が予測した距離とを比較し、上記距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する距離判定部162とを有し、
上記信頼性出力部156は、更に、上記距離の差が所定の範囲内でないと、上記距離判定部162が判定した場合に、上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力することを特徴とする。
The altitude speed measuring device 100 (measuring device) in this embodiment further includes:
A
A distance determination that compares the distance calculated by the state calculation unit 130 (distance calculation unit 132) with the distance predicted by the
The
この実施の形態における高度速度測定装置100によれば、反射地点との距離が想定した範囲外である場合に、信頼性出力部156が信頼性が低いことを表わす信号を出力するので、地表400の形状などに大きく依存する測定方式を用いた場合に、測定結果の信頼性を正しく判定することができるという効果を奏する。
According to the altitude speed measuring apparatus 100 in this embodiment, when the distance to the reflection point is outside the assumed range, the
なお、この例において、振幅予測部154は、距離算出部132が算出した距離に基づいて、レーダ断面積から反射波502の振幅を予測しているが、距離予測部161が予測した距離に基づいて反射波502の振幅を予測してもよい。あるいは、状況に応じて、距離算出部132が算出した距離と、距離予測部161が予測した距離とのうちからいずれかを、振幅予測部154が選択して使用してもよい。例えば、距離の測定精度が低い場合には、距離予測部161が予測した距離に基づいて反射波502の振幅を予測し、距離の測定精度が高い場合には、距離算出部132が算出した距離に基づいて反射波502の振幅を予測してもよい。
In this example, the
100 高度速度測定装置、111 送信部、112 アンテナ、113 受信部、120 反射波測定部、121 フーリエ変換部、122 ピーク周波数算出部、124 パルス積算部、125 ピーク検出部、126 応答時間算出部、130 状態算出部、131 速度算出部、132 距離算出部、141 振幅測定部、150 信頼性判定部、151 振幅記憶部、152 断面積算出部、153 断面積記憶部、154 振幅予測部、155 振幅判定部、156 信頼性出力部、161 距離予測部、162 距離判定部、171 姿勢情報入力部、181 速度出力部、182 距離出力部、400 地表、501 送信波、502 反射波。
100 altitude speed measuring device, 111 transmitting unit, 112 antenna, 113 receiving unit, 120 reflected wave measuring unit, 121 Fourier transform unit, 122 peak frequency calculating unit, 124 pulse integrating unit, 125 peak detecting unit, 126 response time calculating unit, 130 state calculation unit 131
Claims (4)
上記送信部が送信した電波が対象に当たって反射した反射波を受信する受信部と、
上記受信部が受信した反射波の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部と、
上記反射波測定部が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部と、
上記受信部が受信した反射波の振幅を測定する振幅測定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部が判定した場合に、上記状態算出部が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部と
を有することを特徴とする測定装置。 A transmitter for transmitting radio waves,
A receiving unit for receiving a reflected wave reflected by the radio wave transmitted by the transmitting unit hitting the target; and
A reflected wave measuring unit for measuring at least one of a delay time and a frequency shift of the reflected wave received by the receiving unit;
Based on at least one of the delay time and frequency shift measured by the reflected wave measurement unit, a state calculation unit that calculates at least one of the distance to the target and the relative velocity;
An amplitude measuring unit for measuring the amplitude of the reflected wave received by the receiving unit;
An amplitude determination unit that determines whether the amplitude measured by the amplitude measurement unit is within a predetermined range;
If the amplitude measured by the amplitude measuring unit is not within a predetermined range, the amplitude determining unit determines that the reliability is low for at least one of the distance and the relative speed calculated by the state calculating unit. And a reliability output unit that outputs a signal.
上記振幅測定部が測定した振幅を記憶する振幅記憶部を有し、
上記振幅判定部は、上記振幅測定部が測定した振幅と、上記振幅記憶部が以前に記憶した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 The measuring device further includes:
An amplitude storage unit for storing the amplitude measured by the amplitude measurement unit;
The amplitude determination unit compares the amplitude measured by the amplitude measurement unit with the amplitude previously stored by the amplitude storage unit, and determines whether or not the difference in amplitude is within a predetermined range. The measuring device according to claim 1, wherein
上記対象との距離を予測する距離予測部と、
上記状態算出部が算出した距離と、上記距離予測部が予測した距離とを比較し、上記距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する距離判定部とを有し、
上記信頼性出力部は、更に、上記距離の差が所定の範囲内でないと、上記距離判定部が判定した場合に、上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の測定装置。 The measuring device further includes:
A distance prediction unit that predicts the distance to the target;
A distance determination unit that compares the distance calculated by the state calculation unit with the distance predicted by the distance prediction unit and determines whether or not the difference in the distance is within a predetermined range;
The reliability output unit further outputs a signal indicating that the reliability of at least one of the distance and the relative speed is low when the distance determination unit determines that the difference in distance is not within a predetermined range. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring apparatus outputs the data.
上記振幅測定部が測定した振幅に基づいて、上記対象のレーダ断面積を算出する断面積算出部と、
上記断面積算出部が算出したレーダ断面積を記憶する断面積記憶部と、
上記断面積記憶部が以前に記憶したレーダ断面積に基づいて、上記反射波の振幅を予測する振幅予測部とを有し、
上記振幅判定部は、上記振幅測定部が測定した振幅と、上記振幅予測部が予測した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の測定装置。 The measuring device further includes:
Based on the amplitude measured by the amplitude measurement unit, a cross-sectional area calculation unit for calculating the radar cross-sectional area of the target,
A cross-sectional area storage unit for storing the radar cross-sectional area calculated by the cross-sectional area calculation unit;
An amplitude prediction unit that predicts the amplitude of the reflected wave based on the radar cross-section previously stored by the cross-sectional area storage unit;
The amplitude determination unit compares the amplitude measured by the amplitude measurement unit with the amplitude predicted by the amplitude prediction unit, and determines whether or not the difference in amplitude is within a predetermined range. The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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