CN102540178B - 雷达装置及物标检测方法 - Google Patents

Abstract

在将天线旋转而放射发送波束的雷达装置及物标检测方法中，不用使各方位的收发所需要的时间变长，就能够使从杂波等中分离物标的接收信号成分变得容易。天线(20)一边围绕旋转轴(24)旋转，一边在各方位放射1个脉冲的发送波束(25)并接收来自反射体的反射回波。俯仰角方向扫描部(30)以频率根据俯仰角而不同的方式，按每个方位沿俯仰角方向扫描1个脉冲的送信波束(25)。接收部(60)通过频率成分检测部(62)，根据由天线(20)接收到的接收信号的频率成分，检测反射体的俯仰角。同时，接收部(60)通过振幅成分检测部(61)，根据接收信号的时间成分检测反射体的距离。

Description

雷达装置及物标检测方法

技术领域

本发明涉及将天线旋转而进行周围的物标的检测的雷达装置及物标检测方法，尤其涉及在船舶等的摇晃的运输设备中使用的雷达装置及物标检测方法。

背景技术

在雷达装置中，通常通过捕捉所放射的电波的反射波来检测物标(海上的其他船舶、浮标等)，并将检测到的物标显示在显示器上。尤其在船舶等摇晃的运输设备中使用的雷达装置中，多数情况下如专利文献1(日本专利第3559236号公报)所记载的那样，采用在垂直方向上具有较宽的指向性的扇形波束方式，以便即使摇晃也容易捕捉物标。在该扇形波束方式的雷达装置中，根据无调制脉冲信号的振幅信息来进行物标的识别。

另一方面，还有不会像船舶那样摇晃的、设置在地面上的鸟类高度检测雷达装置，具备按每个脉冲切换放射笔形波束的仰角来重复进行发送和接收的波束切换式天线，例如专利文献2(日本特开2010-525336号公报)所记载。

一般，在扇形波束方式的雷达装置中，难以进行垂直方向的物标的分离。不仅如此，根据扇形波束方式，接收信号的信号强度由垂直方向的积分值给定，会产生如雨那样在高度方向上分布较广的杂波的影响变大的不良情况。

为了解决上述问题，若要通过垂直方向(高度)分离物标，则如专利文献1或专利文献2所记载，必须根据想要分离的垂直方向的分辨率来重复收发脉冲信号。脉冲信号的收发次数越多，各方位的物标检测时间越长，在如船舶那样需要在较广范围中监视天线的周围的情况下不实用。

先行技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第3559236号公报

专利文献2日本特开2010-525336号公报

发明内容

本发明的目的是在将天线旋转而放射发送波束的雷达装置以及物标检测方法中，不使各方位的收发所需要的时间变长，而使从杂波等中分离物标的接收信号成分变得容易。

用于解决上述问题的雷达装置，具备：天线，放射发送波束并接收来自反射体的反射回波，该发送波束具有与相对于指定面的俯仰角相应的频率；以及接收部，根据由天线接收到的接收信号的频率成分，检测反射体的俯仰角，并且根据接收信号的时间成分，检测反射体的距离。

根据该雷达装置，在接收部中能够根据接收信号的频率成分检测反射体的俯仰角，并能够根据接收信号的时间成分检测反射体的距离。

在该雷达装置中，也可以是，上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；上述接收部接收来自各方位的反射回波，并按每个方位检测上述反射体的上述距离及上述俯仰角。

该雷达装置也可以还具备发送部，该发送部生成被频率调制的发送信号；上述天线包括：多个天线元件，配置在相对于上述指定面的垂直方向上，分别放射电磁波；以及多个移相器，按照上述发送信号的频率改变相位，在上述天线元件之间使上述电磁波产生相位差。

在该雷达装置中，也可以是，上述接收部具有：频率成分检测部，检测上述接收信号的上述频率成分；以及振幅成分检测部，从上述接收信号中，检测与上述频率成分检测部检测的频率成分对应的振幅成分；根据上述频率成分检测部及上述振幅成分检测部检测的频率成分以及振幅成分的检测的时间，检测上述反射体的上述俯仰角及上述距离。

在该雷达装置中，也可以是，上述接收部具有：多个带通滤波器，用于进行上述接收信号的滤波，并且中心频率互不相同；以及振幅成分检测部，从上述多个带通滤波器的多个输出中分别检测振幅成分；根据上述多个带通滤波器中的输出上述振幅成分的带通滤波器的确定和振幅成分的检测的时间，检测上述反射体的上述俯仰角及上述距离。

在该雷达装置中，也可以是，上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；上述接收部具备倾斜推测部，该倾斜推测部从由上述接收部检测到的上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息中，对于基准面上的多个点，提取上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，并推测上述指定面相对于上述基准面的倾斜。

在该雷达装置中，也可以是，上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；上述接收部具备物标推测部，该物标推测部根据由上述接收部检测到的上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，推测基准面，将示出上述反射体位于上述基准面以上的上述接收信号识别为物标的信号。

用于解决上述问题的物标检测方法，包括：发送步骤，放射发送波束，该发送波束具有与相对于指定面的俯仰角相应的频率；以及接收步骤，通过天线接收来自反射体的反射回波，根据通过天线接收到的接收信号的频率成分，检测反射体的俯仰角，并且根据接收信号的时间成分，检测反射体的距离。

根据该物标检测方法，在接收步骤中，能够根据接收信号的频率成分来检测反射体的俯仰角，并能够根据接收信号的时间成分来检测反射体的距离。

在该物标检测方法中，也可以是，上述接收步骤包括俯仰角选择步骤，该俯仰角选择步骤为了进行物标的检测而选择指定俯仰角方向的上述接收信号。

在该物标检测方法中，也可以是，上述发送步骤将上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；上述接收步骤包括俯仰角修正步骤，该俯仰角修正步骤从上述接收信号中，对于基准面上的多个点，提取上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，并推测上述指定面相对于上述基准面的倾斜，基于上述倾斜对上述反射体的俯仰角进行修正。

在该物标检测方法中，也可以是，上述发送步骤将上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；上述接收步骤包括物标推测步骤，该物标推测步骤从上述接收信号中提取上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息来推测基准面，将示出上述反射体位于上述基准面以上的上述接收信号识别为物标的信号。

发明效果

根据本发明，不仅检测反射体的方位、距离，而且检测俯仰角，因此容易从杂波等中分离物标信号成分。虽然进行这种俯仰角的检测，但不是通过增加收发的脉冲数，而是通过用发送波束沿俯仰角方向扫描，来防止各方位的收发所需要的时间变长。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的雷达装置的用途的一例的概念图。

图2是表示第1实施方式的雷达装置的结构的概略的概略图。

图3是用于说明由雷达装置的接收部捕捉的反射体的坐标的坐标图。

图4是表示雷达装置的天线的一例的局部斜视图。

图5是表示发送部所输出的发送信号的波形的一例的波形图。

图6(a)是说明发送波束的主波束朝向下方的状态的概念图。图6(b)是说明发送波束的主波束朝向上方的状态的概念图。

图7是用于说明发送波束的主波束的俯仰角方向的角度与频率的关系的概念图。

图8是表示用频率变化的发送信号进行扫描的情况的波束方向图(pattern)的概念图。

图9(a)是用于说明由振幅成分检测部进行的振幅检测的坐标图。图9(b)是用于说明由频率成分检测部进行的频率检测的坐标图。

图10是用于说明第1实施方式的以物标信号成分为中心提取的方法的一例的坐标图。

图11是表示第1实施方式的雷达装置的变形例的构成的概略图。

图12(a)是说明天线在未倾斜的状态下扫描的接收信号的范围的坐标图。图12(b)是在倾斜的状态下扫描的接收信号的范围的坐标图。

图13是表示第1实施方式的雷达装置的变形例的构成的概略图。

图14是说明将反射回波在俯角方向上积分的以往的接收信号的坐标图。

图15是说明第1实施方式的俯仰角为0度的信号强度的提取的坐标图。

图16是将反射回波在仰角方向上积分的以往的接收信号的坐标图。

图17是说明第1实施方式的俯仰角为0度的信号强度的提取的坐标图。

图18是表示第2实施方式的雷达装置的构成的概略的概略图。

图19(a)是表示一个带通滤波器的输出的波形图。图19(b)是表示其他带通滤波器的输出的波形图。

符号说明

10、10A、10B  雷达装置

20天线

30俯仰角方向扫描部

40发送部

50收发切换器

60、60A、60B  接收部

具体实施方式

<第1实施方式>

以下，利用图1至图17说明本发明的第1实施方式的雷达装置。作为第1实施方式的雷达装置的用途的一例，有船舶用雷达装置10。图1是用于说明该船舶用雷达装置10的使用例的概念图。图1的船舶11搭载船舶用雷达装置10。通过该船舶用雷达装置10，船舶11必须将与来自海面13的反射回波、来自雨14或雾等的反射回波混杂的其他船舶12(物标)的反射回波等进行区分而检测船舶12等。

并且，被检测的船舶12通常显示在具备液晶显示器等的显示装置(省略图示)上。所显示的雷达图像以雷达装置(天线)的位置为中心，显示例如周围360度的范围，显示的原点对应于雷达装置的位置。根据雷达图像中的物标的反射回波的显示位置，能够识别该物标的方位和距离。

一边通过变更天线20的旋转角度来依次变更方位，一边进行收发。在各个方位进行一次收发并使天线20旋转一周而实施的检测即为1次扫描。另外，在1次扫描期间，对各方位进行例如1个脉冲的发送信号的发送和与该发送信号对应的1个脉冲的接收信号的接收。该1个脉冲的1次收发即为一次距离扫掠(sweep)。

该船舶用雷达装置10如图2所示，除了图1所示的天线20以外，还具备包括移相器31等而构成的俯仰角方向扫描部30、发送部40、环形器(Circulator)等收发切换器50以及接收部60。

该船舶用雷达装置10中，首先为了从天线20发送发送波束，将由发送部40生成的1个脉冲的发送信号输入至收发切换器50。发送信号在收发切换器50不会绕到接收部60，而是经由俯仰角方向扫描部30发送至天线20。从天线20对应于该1个脉冲的发送信号，放射1个脉冲的发送波束25。该发送波束25是笔形波束，例如，在脉冲初期，主波束的放射方向朝向最下方(俯角方向)，随着发送信号的行进，主波束的放射方向向上方变化，在脉冲终期，其放射方向朝向最上方(仰角方向)。

由天线20接收的反射回波的接收信号成分通过俯仰角方向扫描部30，在收发切换器50中不会绕到发送部40，而是发送到接收部60。通过俯仰角方向扫描部30，接收波束也成为在俯仰角方向上扫描的波束。接收波束的俯仰角方向的角度与发送波束25的角度一致的信号被发送到接收部60。例如，对于向俯角为5度的方向放射的发送波束25，与俯角为5度的方向的接收波束相关的接收信号被选择性地发送到接收部60。

接收部60对反射回波的信号成分检测反射体是从哪个方位、多少距离以及俯仰角方向的哪个角度获得的，并根据其检测结果降低杂波之后，输出用于显示物标的图像信号。图3是表示由接收部60捕捉的反射体的坐标的一例的坐标图。海面在全方位上分布，但在图3中，仅将船舶12的周围的海面13a表示在坐标图上。因此，在图3上，船舶12的周围的海面13a与船舶12的方位φ1及距离γ1一致。但是，船舶12和海面13a在俯仰角方向上产生差异。即，海面13a的俯仰角是α1，相对于此，船舶12的俯仰角是α2。像这样，由于海面13a和船舶12的俯仰角不同，因此能够将海面13a的接收信号成分和船舶12的接收信号成分分离检测。

以下，详细说明图2所示的雷达装置的各部的结构和动作。

(天线20的结构)

图4表示雷达装置10的天线20和俯仰角方向扫描部30的结构的一例。天线20由多个天线元件21a、21b、21c、21d…21n构成。天线元件21a、21b、21c、21d…21n安装在沿高度方向延伸的旋转轴24(对照图2)上，沿高度方向层叠。这些天线元件21a、21b、21c、21d…21n围绕旋转轴24旋转。此外，各天线元件21a、21b、21c、21d…21n在与高度方向垂直的方向上形成有多个裂缝22。通过这些多个天线元件21a、21b、21c、21d…21n和多个裂缝22，天线20能够使波束形成为笔状。另外，图4中，作为天线20的一例示出了裂缝阵列天线，但也可以为其他种类的阵列天线。天线元件21a、21b、21c、21d…21n的元件数量例如为20～60个。

天线20的各天线元件21a、21b、21c、21d…21n中通过馈电线路23传输收发信号。该馈电线路23与移相器31连接。

(俯仰角方向扫描部30的结构)

如图2及图4所示，各天线元件21a、21b、21c、21d…21n的相互相邻的两个元件之间连接有移相器31。若天线元件21a、21b、21c、21d…21n的数量为m个，则由于在天线元件21n与收发切换器50之间直接进行发送信号或接收信号的供给，因此设置在俯仰角方向扫描部30中的移相器31是(m-1)个。

移相器31例如像延迟线那样使发送信号逐个延迟规定时间，从而使向相邻的天线元件21a、21b、21c、21d…21n供给的发送信号产生Δφ的相位差。例如，天线元件21a中，相位比天线元件21n延迟(m-1)×Δφ，天线元件21b中，相位比天线元件21n延迟(m-2)×Δφ。

俯仰角方向扫描部30能够根据该位相差Δφ，对于1个脉冲的发送信号，将从天线20放射的发送波束25在俯仰角方向上扫描。若设发送波束25的主波束所指向的方向与水平方向所成的角(俯仰角)为θ，相邻的天线元件21a、21b、21c、21d…21n间的距离为d，发送波束25的空间波长为λ，管内波长为λg，馈电线路长(延长线的长度)为L，则俯仰角θ为满足下式的角度。

Sinθ＝-λ/d×(n±L/λg)       …(1)

这里，n为自然数，通过使管内波长λg变化，能够使相互相邻的天线元件21a、21b、21c、21d…21n的位相差Δφ变化。

(发送部40的结构)

发送部40构成为：天线20每旋转规定角度，则生成并输出1个脉冲的发送信号。图5表示发送部40输出的发送信号的波形的一例。图5所示的发送信号是所谓的线性调频脉冲(chirp)信号，被施加了直线状的频率调制。例如，从1个脉冲的发送信号的开头起仅经过了时间t1的时刻，频率为9.3GHz程度，但在发送信号的中间附近(时间t2)，频率为9.4GHz，在发送信号结束时(时间t3)频率达到9.5GHz。另外，这里，例示了发送信号以直线状被频率调制的情况，但频率调制不限于频率以直线状变化的情况。

图6(a)、图6(b)表示从发送部40向天线20供给了图5所示的发送信号时的俯仰角方向的扫描状况。图6(a)表示发送信号的开头部分Sf(脉冲初期)输入到天线20而发送波束25的主波束朝向下方的状态。另一方面，图6(b)表示发送信号的后尾部分Se(脉冲终期)输入到天线20而发送波束25的主波束朝向上方的状态。

即，通过使发送信号的频率从低频率f-1经中级频率f-2变化到高频率f-3，如图7所示，能够从发送波束25的主波束朝向下方的状态经水平状态变化到朝向上方的状态。另外，这里设定为在频率低的情况下朝向下方，但也可以相反，设定为在频率低的情况下朝向上方。

根据上述(1)式，可以导出例如能够设定为：在发送信号为9.4GHz时θ＝0，在发送信号为9.3GHz时θ＝-10度，另外，在发送信号为9.5GHz时θ＝10度。

图8是表示在沿高度方向排列了40个的天线元件之间配置415mm的延迟线、用频率从9.3GHz变化至9.5GHz的发送信号进行扫描的情况下的发送波束25的波束方向图的概念图。图8所示的波束方向图从左开始依次为频率9.3GHz的发送波束的波束方向图BP1，频率9.4GHz的波束方向图BP2以及频率9.5GHz的波束方向图BP3。另外，9.3GHz到9.5GHz的波段是船舶用的X波段的脉冲雷达的波段。如图8所示，在该波段中能够对-10度～+10度的俯仰角进行扫描，因此图2所示的雷达装置作为船舶用的雷达装置非常实用。

(接收部60的结构)

接收部60如图2所示，具备振幅成分检测部61、频率成分检测部62以及物标信号成分提取部63。

由天线20的天线元件21a、21b、21c、21d…21n分别接收的反射回波的接收信号经由俯仰角方向扫描部30传送到接收部60。因此，传送到接收部60的接收信号中为：从与发送波束25的主波束的指向方向相同的方向返回的反射回波的信号成分被加强，从其他方向返回的反射回波的信号成分被减弱。即，接收波束也根据频率从下方向上方扫描。因此，传送到接收部60的接收信号的频率成分越低则越是从俯角大的方向接收的信号，频率成分越高则越是从仰角大的方向接收的信号。输入到接收部60的这种接收信号被提供到振幅成分检测部61和频率成分检测部62。

利用图9(a)、图9(b)说明由振幅成分检测部61和频率成分检测部62进行的检测。图9(a)所示的坐标图用于说明由振幅成分检测部61进行的振幅检测。此外，图9(b)所示的坐标图用于说明由频率成分检测部62进行的频率检测。

振幅成分检测部61及频率成分检测部62以相同的定时进行检测。例如，在时间t4，振幅成分检测部61检测出接收信号的振幅P1。频率成分检测部62例如利用傅立叶变换等解析方法检测出时间t4的接收信号的频率成分f1。

如图9(b)所示，在该时间t4检测出的具有频率成分f1的接收信号的反射回波与图5所示的发送信号的脉冲的开头部分Sf附近(时间t1)对应。由此可知发送波束25的主波束朝向下方(对照图6(a))，求出俯仰角。此外，根据该时间t4(时间成分)，求出电磁波往复的距离。

接着，频率成分检测部62在时间t5检测出接收信号的反射回波的频率成分f2，如图9(b)所示，具有频率成分f2的接收信号的反射回波与图5所示的发送信号的脉冲的开头部分Sf附近(时间t1)对应。由此可知发送波束25的主波束朝向下方(对照图6(a))，求出俯仰角。此外，频率成分检测部62在时间t5检测到接收信号的反射回波的频率成分f3，如图9(b)所示，该具有频率成分f3的接收信号的反射回波与图5所示的发送信号的脉冲中间部分(时间t2)对应。由此，求出发送波束25的主波束大致朝向水平(俯仰角为0度)。此外，根据该时间t5(时间成分)，求出电磁波往复的距离。例如，图1所示的船舶12等根据大致沿水平放射的发送波束25来产生反射回波。

接着，频率成分检测部62在时间t6检测到接收信号的反射回波的频率成分f4，如图9(b)所示，该具有频率成分f4的接收信号的反射回波与图5所示的发送信号的脉冲的开头部分Sf附近(时间t1)对应。由此可知发送波束25的主波束朝向下方(对照图6(a))，求出俯仰角。频率成分检测部62时间t6检测到接收信号的反射回波的频率成分f5，如图9(b)所示，该具有频率成分f5的接收信号的反射回波与图5所示的发送信号的脉冲后尾部分(时间t3)对应。由此可知发送波束25的主波束朝向上方(对照图6(b))，求出俯仰角。此外，根据该时间t6(时间成分)，求出电磁波往复的距离。例如，设置在海上的桥墩等由于沿仰角方向放射的发送波束而产生反射回波。

在上述说明中，对在3个时间t4，t5，t6检测到的信息进行了说明，但实际上以规定的时间间隔重复进行更多的检测。在时间t4到t6检测到的信息是根据在天线20朝向一个方位时收发的一个脉冲信号得到的信息。各脉冲的发送信号对应于各方位，因此若确定从最初的脉冲(方位为0度)起是第几个脉冲，则能够确定方位。因此，通过对天线20的全方位进行上述检测，能够求出在坐标轴上具有以天线20为基准的方位、距离、俯仰角的坐标上所需要的所有信号强度(振幅)。

由振幅成分检测部61及频率成分检测部62检测到的数据被输出到物标信号成分提取部63。输出到物标信号成分提取部63的数据包括关于方位、距离(时间)、俯仰角(频率)以及信号强度(振幅)的信息。例如，若设图9所示的接收信号的方位为φ，则物标信号成分提取部63从时间t4的检测结果中接收根据检测到的坐标表示信号强度的数据(φ，t4，f1，P1)。

物标信号成分提取部63从接收的数据中提取物标信号成分，在提取时利用有关俯仰角的信息将物标信号成分和来自海面等的反射回波的成分分离，并尽量以物标信号成分为中心提取。图10是用于说明以物标信号成分为中心提取的方法的一例的坐标图。图10的坐标图中关于某一方位φ汇总了距离(时间)、俯仰角(频率)以及信号强度(振幅)的信息。

在图10中，沿着双点划线排列的数据是来自海面的反射回波的信号成分70的数据。图10还将有关俯仰角的信息包括在内以三维表现，因此能够区分来自海面的反射回波的信号成分70和物标信号成分71。作为将这些信号成分70、71区分而以物标信号成分为中心提取的方法的一例，有仅提取来自向水平放射的发送波束25的反射回波的信号成分的方法。对于在海面上漂浮着的船舶等，通过像这样以与向水平放射的发送波束25有关的数据为中心进行检测，能够尽可能地消除来自海面的反射回波的信号成分70等无用信号成分来检测物标信号成分71，使物标信号成分71的检测变得容易。

<变形例1-1>

在上述实施方式的雷达装置10中可以构成为不考虑搭载雷达装置10的船舶11的摇晃而进行物标信号成分71的检测。但是，若进行船舶11倾斜的状态下收发的信号成分的检测，则有时因天线20倾斜而无法根据接收信号可靠地检测出物标信号成分。因此，优选利用检测船舶11的倾斜的倾斜检测传感器等进行船舶11的倾斜修正。在以下说明的变形例中，接收部60A构成为根据向物标信号成分提取部63提供的数据求出船舶11的倾斜。

图12(a)表示在雷达装置10的天线20未倾斜的状态下将发送波束25在俯仰角方向±10度的范围扫描时的接收信号的范围Ar1。另一方面，图12(b)表示船舶11相对于水平倾斜-5度的状态(天线20相对于铅直方向倾斜-5度的状态)下，将发送波束25在俯仰角方向±10度的范围扫描时的接收信号的范围Ar2。在图12(b)的范围Ar2扫描发送波束25，其中央的俯仰角α3处为水平方向。因此，若不修正天线20的倾斜，则无法充分捕捉物标信号成分71。

因此，如图11所示，第1实施方式的变形例的雷达装置10A不仅具备雷达装置10的结构，而且还设有倾斜推测部64。该倾斜推测部64从物标信号成分提取部63取得数据，推测天线20的倾斜。与该倾斜推测部64推测的天线20的倾斜有关的数据被输出到物标信号成分提取部63。物标信号成分提取部63考虑该倾斜而对从振幅成分检测部61以及频率成分检测部62取得的数据进行修正。例如，在由于天线20相对于水平方向倾斜-5度而得到了如图12(b)所示的数据的情况下，物标信号成分提取部63进行修正，将对俯仰角α3加上5度后的方向设为俯仰角0度。

倾斜推测部64利用从振幅成分检测部61以及频率成分检测部62取得的数据来进行的推测如下。根据沿着图12(a)所示的基于海面的信号成分70而引出的双点划线DL1可知，若使沿时间轴的值的范围扩展至无限大，则双点划线DL1无限接近俯仰角为0度的线。因此，利用表示海面的图12(b)的双点划线DL2能够计算天线20的倾斜。

例如，设天线相对于海面的高度为H、到产生反射回波的海面和船舶的距离为Ls，则俯角θ为θ＝arctan(H/Ls)。这里，若假设天线的高度H不怎么变化，则从上式的关系导出图12(b)所示的一点划线DL0的理论式。若利用该一点划线DL0，则能够在多个时间上求出实测值与从该理论式导出的值之间的俯仰角之差。例如，图12(b)的时间t11、t12、t13的双点划线DL2和一点划线DL0之差是多个俯仰角之差。对于这多个俯仰角之差，通过将中央值设为天线20的倾斜等对这多个俯仰角之差进行适当的统计处理，来求出天线20的倾斜。

另外，这样的理论值能够用其他方法求出，例如，能够使用将船舶11的全方位的实测值取平均而得到的值。船舶11的摇晃没有偏倚，因此若取全方位的实测值的平均，则能够得到接近理论值的值。

<变形例1-2>

图13所示的第1实施方式的变形例的雷达装置10B不仅具备雷达装置10的结构，而且还在接收部60B中设有物标推测部65。该物标推测部65从物标信号成分提取部63取得数据，推测各数据所表示的对象是否为物标。物标推测部65进行的推测为：推测图12(a)的双点划线DL1、即表示海面的包络线，并根据该包络线推测是否为物标。包络线例如与变形例1-1中使用的方法同样，能够通过求出理论值与实测值之差来求出。上述雷达装置10、10A搭载于图1所示的船舶11上，利用向空中放射的电磁波，因此位于海面之下的反射体不是要捕捉的物标。因此，物标推测部65仅将位于该包络线之上的对象(海面以上的物体)识别为物标，由此能够将表示反射体位于海面之下的数据全部作为噪声来处理。

<变形例1-3>

上述实施方式的雷达装置10，10A中，说明了接收部60的振幅成分检测部61、频率成分检测部62、物标信号成分提取部63以及倾斜推测部64由硬件构成的情况，但也可以用软件来实现振幅成分检测部61、频率成分检测部62、物标信号成分提取部63及倾斜推测部64的功能。在该情况下，从ROM等记录媒体读取程序的CPU等控制部实现实施方式的振幅成分检测部61、频率成分检测部62、物标信号成分提取部63及倾斜推测部64的功能。

<特征>

(1)天线20中，各天线元件21a、21b、21c、21d…21n围绕旋转轴24旋转。该旋转轴24设置成与船舶11的水平的构造物(指定面)垂直。即，在船舶11漂浮在静止的水面上的状态下，旋转轴24相对于水面以及指定面垂直。然后，按规定的各方位，从天线20放射1个脉冲的发送波束25。通过该1个脉冲的发送波束25，进行规定方位、规定俯仰角的范围以及规定距离中所包括的所有反射体(物标或海面等)的检测。但是，天线20也可以不是旋转360度，而是在规定的角度范围中往复。此外，在使每方位的检测所需要的时间变长也无妨的情况下，也可以增加各方位上放射的发送波束25的脉冲数。在增加脉冲数的情况(在一个方位中重复多次发送波束25的放射和接收的情况)下，也可以在各脉冲中分别进行俯仰角方向的扫描。

从高度不同的各天线元件21a、21b、21c、21d…21n放射的电磁波的相位构成为由俯仰角方向扫描部30的移相器31相移规定的值。为了发送该发送波束25而由发送部40生成的发送信号如图5所示被频率调制。1个脉冲的发送波束25中，能够进行放射方向在俯仰角方向上变化的扫描，例如，图5所示的发送信号的开头部分Sf中，发送波束25向俯角方向放射，在后尾部分Se中向仰角方向放射。其中，只要用1个脉冲的发送波束25扫描即可，因此扫描方向和扫描方法不限于从俯角侧向仰角侧仅扫描1次的方式。

因此，发送波束25的频率与发送波束25的主波束所指向的俯仰角对应。因此，能够根据接收部60的频率成分检测部62检测到的频率成分，确定示出由接收部60的振幅成分检测部61检测到的含有振幅成分的反射回波相对于天线20的指定面从怎样的俯仰角的方向放射。此外，关于距离，能够与以往同样根据接收信号的时间成分来确定，关于方位在反射回波反射时也能够与以往同样根据天线的旋转角度来确定。

以往，从天线20放射的发送波束是以扇状扩散的扇形波束，因此如图14所示，以在俯仰角方向上积分的状态接收反射回波。因此，时间t5的船舶的反射回波的信号成分相对于在其前后接收的海面的反射回波的信号成分，不具有充分高的信号强度。

另一方面，若限定收发的俯仰角，则能够消除海面的反射回波等无用信号成分。图15是与指定面平行地收发的信号成分的信号强度、即提取了图10的俯仰角0度的信号强度的图。比较图14和图15可知，通过限定所检测到的俯仰角来消除物标信号成分以外的信号成分，由此容易提取物标信号成分。

由于通过收发1个脉冲信号来进行如上所述的物标信号成分的检测，因此与必须收发多个脉冲信号的情况相比，能够在短时间内进行物标的检测。

这种通过检测反射体的方位、距离以及俯仰角来使物标的接收信号成分的分离变得容易的情况不限于存在来自海面的反射回波的情况。例如，图16表示在存在雨等的杂波的情况下由接收部60得到的数据的一例。雨等的杂波在俯仰角方向上广为分布，因此在使用以往的扇形波束的雷达装置中，如图17中用点线所示，仅能得到俯仰角方向的积分值，因此没入杂波成分中，难以提取在时间t15出现的物标信号成分。若在这样的情况下也将俯仰角限于0度附近(指定俯仰角方向)来进行解析，则杂波成分变小，因此物标信号成分的提取变得容易。

(2)如以上说明，在摇晃的船舶11中天线20也摇晃，因而发送波束25的放射方向尤其是在俯仰角方向上发生大的变化，因此难以提取物标信号成分。因此，雷达装置10A如图12(b)所示设有倾斜推测部64，该倾斜推测部64以海面为基准面，推测天线20相对于该基准面的倾斜。

倾斜推测部64从物标信号成分提取部63取得与作为基准面的海面的方位、距离和仰角有关的数据，求出图12所示的理论值(一点划线DL0)与实测值(双点划线DL2)之间的俯仰角之差。由此，修正天线20的倾斜，因此能够省略测量天线20的倾斜的传感器等。

(3)物标推测部65通过利用所推测的海面(基准面)，能够判别是表示反射体位于海面之下的数据、还是表示反射体位于海面之上的数据，因此能够将表示反射体位于海面之下的数据作为噪声来去除，能够提高SN比(信噪比)。

<第2实施方式>

利用图18及图19说明本发明的第2实施方式的船舶用雷达装置。如图18所示，第2实施方式的船舶用雷达装置10B与图2所示的第1实施方式的船舶用雷达装置10的不同点是接收部60B的结构。第2实施方式的船舶用雷达装置10B的接收部60B具有：中心频率f11、f12、f13、f14…、fn互不相同的多个带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n、分别对这些带通滤波器的输出进行放大的放大器67a、67b、67c、67d…67n、对放大器67a、67b、67c、67d…67n的输出的振幅成分进行检测的振幅成分检测部68、以及物标信号成分提取部69。

带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n的输出对应于与中心频率f11、f12、f13、f14…、fn相应的俯仰角。例如，通过中心频率f11的带通滤波器66a的频带能够限定于图5的脉冲的开头部分Sf。即，该带通滤波器66a的输出如图6(a)所示，对应于向俯角方向放射的发送波束25。然后，从带通滤波器66a输出图19(a)所示的在时间t21具有较强的信号强度P21的输出。作为产生这种时间t21的较强的信号强度P21的反射体，由于是产生具有较大的俯角的来自较近距离的反射回波的反射体，因此可以想到图1所示的海面13等。

例如，通过中心频率f14的带通滤波器66d的频带能够限定于图5的脉冲的中间部分(时间t2的附近)。即，该带通滤波器66d的输出对应于向俯仰角为0度的方向放射的发送波束25。然后，从带通滤波器66d输出图19(b)所示的在时间t2n具有较强的信号强度P2m的输出。作为产生这种时间t2n的较强的信号强度P2m的反射体，由于是产生来自水平方向的反射回波的反射体，因此可以想到图1所示的船舶11等。

振幅成分检测部68检测各带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n所输出的振幅。关于与1个脉冲的发送信号对应的带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n的输出，分别得到规定的采样数的数据。由于各脉冲的发送信号对应于各方位，因此若确定从最初的脉冲(方位0度)起是第几个脉冲，则能确定方位。然后，若确定该数据为哪个带通滤波器的输出，则能确定俯仰角。进而，根据检测出其振幅的时间成分来确定距离。振幅成分检测部68关于所有带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n的输出，确定被采样的振幅的方位、俯仰角、距离来生成数据。

从上述说明中可知，结果输入到图18所示的物标信号成分提取部69的数据与输入到图2所示的物标信号成分提取部63的数据相同。该物标信号成分提取部69也进行与物标信号成分提取部63相同的处理。

<变形例2-1>

第2实施方式的船舶用雷达装置10B由于物标信号成分提取部69进行与第1实施方式的物标信号成分提取部63相同的处理，因此能够构成为具备与第1实施方式的船舶用雷达装置10A的倾斜推测部64相同的结构。

<变形例2-2>

说明了在上述实施方式的雷达装置10B中由硬件构成接收部60B的带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n、放大器67a、67b、67c、67d…67n、振幅成分检测部68及物标信号成分提取部69的情况，但也可以通过软件来实现带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n、放大器67a、67b、67c、67d…67n、振幅成分检测部68及物标信号成分提取部69的功能。该情况下，从ROM等记录媒体读入程序的CPU等控制部实现实施方式的带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n、放大器67a、67b、67c、67d…67n、振幅成分检测部68及物标信号成分提取部69的功能。

<特征>

发送波束25的频率对应于发送波束25的主波束所指向的俯仰角。因此，对于示出由接收部60B的振幅成分检测部68检测到的含有振幅成分的反射回波相对于天线20的指定面从哪个俯仰角的方向放射，能够通过确定输出了该振幅成分的带通滤波器66a、66b、66c、66d…66n来检测。

通过限定收发的俯仰角，能够去除海面的反射回波等无用信号成分，易于提取物标信号成分，这与第1实施方式的船舶用雷达装置10、10A相同。此外，通过收发1个脉冲信号来进行如上所述的物标信号成分的检测，因此与必须收发多个脉冲信号的情况相比，能够在短时间内进行物标的检测，这也与第1实施方式的船舶用雷达装置10，10A相同。

Claims (9)

1.一种雷达装置，具备：

天线，放射发送波束并接收来自反射体的反射回波，该发送波束具有与相对于指定面的俯仰角相应的频率；以及

接收部，根据由上述天线接收到的接收信号的频率成分，检测上述反射体的上述俯仰角，并且根据上述接收信号的时间成分，检测上述反射体的距离；

上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；

上述接收部具备物标推测部，该物标推测部根据由上述接收部检测到的上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，推测基准面，将示出上述反射体位于上述基准面以上的上述接收信号识别为物标的信号。

2.如权利要求1所述的雷达装置，

上述接收部接收来自各方位的反射回波，并按每个方位检测上述反射体的上述距离及上述俯仰角。

3.如权利要求1或2所述的雷达装置，

还具备发送部，该发送部生成被频率调制的发送信号；

上述天线包括：

多个天线元件，配置在相对于上述指定面的垂直方向上，分别放射电磁波；以及

多个移相器，按照上述发送信号的频率改变相位，在上述天线元件之间使上述电磁波产生相位差。

4.如权利要求1或2所述的雷达装置，

上述接收部具有：

频率成分检测部，检测上述接收信号的上述频率成分；以及

振幅成分检测部，从上述接收信号中，检测与上述频率成分检测部检测的频率成分对应的振幅成分；

根据上述频率成分检测部检测到的频率成分，检测上述反射体的上述俯仰角，根据上述振幅成分检测部检测到振幅成分的时间，检测上述距离。

5.如权利要求1或2所述的雷达装置，

上述接收部具有：

多个带通滤波器，用于进行上述接收信号的滤波，并且中心频率互不相同；以及

振幅成分检测部，从上述多个带通滤波器的多个输出中分别检测振幅成分；

根据从上述多个带通滤波器中对输出上述振幅成分的带通滤波器的确定，检测上述反射体的上述俯仰角，根据上述振幅成分检测部检测到振幅成分的时间，检测上述距离。

6.如权利要求1或2所述的雷达装置，

上述接收部具备倾斜推测部，该倾斜推测部从由上述接收部检测到的上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息中，对于基准面上的多个点，提取上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，并推测上述指定面相对于上述基准面的倾斜。

7.一种物标检测方法，包括：

发送步骤，放射发送波束，该发送波束具有与相对于指定面的俯仰角相应的频率；以及

接收步骤，由天线接收来自反射体的反射回波，根据由上述天线接收到的接收信号的频率成分，检测上述反射体的上述俯仰角，并且根据上述接收信号的时间成分，检测上述反射体的距离；

上述发送步骤将上述天线围绕与上述指定面垂直的旋转轴旋转，并向各方位放射上述发送波束；

上述接收步骤包括物标推测步骤，该物标推测步骤从上述接收信号中提取上述反射体的上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息来推测基准面，将示出上述反射体位于上述基准面以上的上述接收信号识别为物标的信号。

8.如权利要求7所述的物标检测方法，

上述接收步骤包括俯仰角选择步骤，该俯仰角选择步骤为了进行物标的检测而选择指定俯仰角方向的上述接收信号。

9.如权利要求7或8所述的物标检测方法，

上述接收步骤包括俯仰角修正步骤，该俯仰角修正步骤从上述接收信号中，对于基准面上的多个点，提取上述方位、上述距离和上述俯仰角的信息，并推测上述指定面相对于上述基准面的倾斜，基于上述倾斜对上述反射体的俯仰角进行修正。