CN109154653B - 信号处理装置以及雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种信号处理装置以及雷达装置，准确地算出船舶在规定时间内可到达的位置范围。构成信号处理装置，此信号处理装置具备能够到达范围计算部，所述能够到达范围计算部基于船舶的静态信息，来算出船舶在规定时间内可到达的位置范围即能够到达范围。

Description

信号处理装置以及雷达装置
技术领域
本发明涉及一种预测船舶位置的信号处理装置以及具备此信号处理装置的雷达(radar)装置。
背景技术
以往，已知有算出船舶在规定时刻后的预测位置的装置。例如，在专利文献1所公开的移动体显示装置中，如段落0050所记载的，显示在画面上的船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)符号(symbol)63及TT符号64的前端表示基准时间后的船舶位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-174039号公报
发明内容
发明所要解决的问题
此外，所述基准时间后的船舶位置是以船舶的速度及行进方向是固定的为条件而预测。因而，例如在船舶的速度或行进方向发生了变化的情况下，实际的船舶位置会偏离预测位置。即，以往的装置无法掌握船舶的预测位置处于何种范围内。
本发明用于解决所述问题，其目的在于准确地算出船舶在规定时间内可到达的位置范围。
解决问题的技术手段
(1)为了解决所述问题，本发明的一方面的信号处理装置的特征在于，包括：能够到达范围计算部，基于船舶的静态信息来算出所述船舶在规定时间内能到达的位置范围即能够到达范围。
另外，所谓船舶的静态信息，在本说明书中是指船舶所具备的特性，是不会随时间变化的。具体而言，可列举船舶的大小、种类等。另外，船舶的静态信息不含随时间变化的信息。例如，船舶的位置、速度、船头方向、回转角速度等不包含在船舶的静态信息中。
(2)所述信号处理装置还包括：静态信息推测部，基于发送波被所述船舶反射而归来的反射波，来推测所述船舶的静态信息。
(3)所述静态信息推测部基于被所述船舶反射而归来的所述反射波，来推测作为所述船舶的静态信息的、所述船舶的大小。
(4)所述船舶的静态信息是通过AIS天线而获得的信息。
(5)所述船舶的静态信息是由用户所输入的信息。
(6)所述信号处理装置还包括：最大转向角度计算部，基于所述船舶的静态信息来算出所述船舶的最大转向角度，所述能够到达范围计算部基于所述最大转向角度来算出所述能够到达范围。
(7)所谓所述船舶的静态信息，是指与船舶的大小及船舶的种类中的至少一者相关的信息。
(8)所述能够到达范围计算部进而基于所述船舶的动态信息来算出所述能够到达范围。
(9)所述能够到达范围计算部算出多个所述船舶各自的所述能够到达范围，所述信号处理装置还包括：碰撞危险范围决定部，将至少两个所述船舶各自的所述能够到达范围重合的部分决定为碰撞危险范围。
(10)为了解决所述问题，本发明的一方面的雷达装置的特征在于，包括：所述的任一个信号处理装置；以及显示器，显示由所述信号处理装置所算出的能够到达范围。
发明的效果
根据本发明，能够准确地算出船舶在规定时间内可到达的位置范围。
附图说明
图1是本发明的实施方式的雷达装置的框图。
图2是示意性地表示成为追踪对象的靶标(target)、与此靶标在设定时间内可到达的范围即其他船能够到达范围的图。
图3是表示显示在图1所示的显示器上的显示画面的一例的图。
图4是变形例的雷达装置的框图。
图5是变形例的雷达装置的框图。
图6是变形例的雷达装置的框图。
图7是表示显示在图6所示的显示器上的显示画面的一例的图。
符号的说明
1、1a～1c：雷达装置
10、10a～10c：信号处理部(信号处理装置)
Zs：自身船能够到达范围(能够到达范围)
Z1、Z2、Z3、Z4：其他船能够到达范围(能够到达范围)
17：其他船能够到达范围计算部(能够到达范围计算部)
17a：船舶能够到达范围计算部(能够到达范围计算部)
18：自身船能够到达范围计算部(能够到达范围计算部)
具体实施方式
以下，参照附图来说明雷达装置1的实施方式，所述雷达装置1具有作为本发明的信号处理装置的信号处理部10。
图1是本发明的实施方式的雷达装置1的框图。本实施方式的雷达装置1例如为船用雷达，主要用于其他船等目标的探测。而且，雷达装置1构成为，可对被选择作为追踪目标的船舶进行追踪。另外，以下，将配设有雷达装置1的船舶称作“自身船”。
如图1所示，雷达装置1具备天线单元2、信号处理部10及显示器6。
天线单元2包含天线3、接收部4及模拟/数字(Analog/Digital，A/D)转换部5。
天线3是可发送指向性强的脉冲(pulse)状电波(发送波)的雷达天线。而且，天线3构成为：接收来自目标的反射波。雷达装置1对从发送脉冲状电波开始，直至接收反射波为止的时间进行测定。由此，雷达装置1能够检测直至目标为止的距离。天线3构成为：可在水平面上进行360°旋转。天线3构成为：一边改变脉冲状电波的发送方向(具体而言，一边改变天线角度)，一边在各时序(timing)进行电波的收发。以上的结构中，雷达装置1能够遍及360°而探测自身船周围的平面上的目标。
另外，以下的说明中，将从发送脉冲状电波开始直至发送下个脉冲状电波为止的动作称作“扫掠(sweep)”。而且，将一边进行电波的收发一边使天线进行360°旋转的动作称作“扫描(scan)”。
接收部4对从由天线3所接收的反射波获得的回波(echo)信号进行检波并放大。接收部4将经放大的回波信号输出至A/D转换部5。A/D转换部5对模拟形式的回波信号进行采样(sampling)，并转换为包含多位(bit)的数字数据。此数字数据为回波数据。此回波数据包含对从天线3所接收的反射波获得的回波信号的强度进行确定的数据。A/D转换部5将回波数据输出至信号处理部10。
信号处理部的结构
信号处理部10具有雷达图像生成部11、靶标回波提取部12、追踪处理部13、最大到达距离计算部14、靶标尺寸推测部15(静态信息推测部)、最大转向角度计算部16、其他船能够到达范围计算部17及自身船能够到达范围计算部18。
信号处理部10包含硬件(hardware)处理器(processor)7(例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等)以及非易失性存储器(memory)等器件(device)。例如通过CPU从非易失性存储器读出并执行程序，从而能够使信号处理部10作为雷达图像生成部11、靶标回波提取部12及追踪处理部13等发挥功能。
雷达图像生成部11基于从A/D转换部5输出的回波数据，而生成遍及以自身船位置为中心的水平方向的360度的雷达图像。
靶标回波提取部12提取因靶标(具体而言为船舶)引起的回波像。具体而言，例如作为一例，靶标回波提取部12将具有规定阈值以上的回波强度的样本点中的彼此的距离小于规定距离的样本点视为来自相同靶标的回波而进行分组。并且，靶标回波提取部12将包含经此分组的多个样本点的回波像检测为来自同一靶标的回波像。
追踪处理部13构成为：进行追踪处理，所述追踪处理是对由靶标回波提取部12所提取的靶标的回波像进行追踪。具体而言，追踪处理部13基于由过去的扫描时的靶标的坐标而推测的速度矢量(vector)，来算出靶标的坐标及预测速度矢量。追踪处理部13将所算出的靶标的坐标及预测速度矢量输出至显示器6。
最大到达距离计算部14基于由追踪处理部13所算出的预测速度矢量，算出在预先设定的时间(以下称作设定时间t1)内可前进的最大距离即最大到达距离。例如作为一例，最大到达距离是基于通过船舶以设定时间t1进行加速而可到达的速度来算出。所述最大到达距离被通知给其他船能够到达范围计算部17。
靶标尺寸推测部15对由靶标回波提取部12所提取的靶标的大小(静态信息)进行推测。具体而言，靶标尺寸推测部15基于靶标的回波像的二维尺寸、及靶标的回波强度等，来推测靶标的大小。
最大转向角度计算部16基于从由靶标尺寸推测部15所推测的靶标的大小而假定的最大转向率，来算出能以设定时间t1而转向的角度即最大转向角度
Figure GDA0001871981920000041
(n＝1、2、…)。另外，n为自然数，是对应于各靶标而标注的编号。
图2是示意性地表示作为追踪对象的靶标Tn的回波像En、与此靶标Tn在设定时间t1内可到达的范围即能够到达范围Zn的图。
其他船能够到达范围计算部17算出图2所示的其他船能够到达范围Zn。所谓其他船能够到达范围Zn，是指由第1线段L1n、第2线段L2n与圆弧Arcn所围成的扇形范围。第1线段L1n是以靶标Tn的回波像En的代表点为起点，朝向相对于所述靶标Tn的船头方向(图2中的一点划线)而朝右舷方向仅倾斜最大转向角度
Figure GDA0001871981920000042
的方向，仅延伸长度dn的线段。第2线段L2n是以靶标Tn的回波像En的代表点为起点，朝向相对于所述靶标Tn的船头方向而朝左舷方向仅倾斜最大转向角度
Figure GDA0001871981920000043
的方向，仅延伸长度dn的线段。第1线段L1n及第2线段L2n的长度dn相同。长度dn被设定为与最大到达距离相应的长度。圆弧Arcn是以靶标Tn的回波像En的代表点为中心点的圆弧，且是连接第1线段L1n的前端与第2线段L2n的前端的圆弧。第1线段L1n与第2线段L2n所成的角度θn是靶标在设定时间t1内可行进的角度范围(可行进角度范围)。
另外，本实施方式中，使第1线段L1n及第2线段L2n朝向以船头方向为基准而朝右舷侧及左舷侧分别仅倾斜角度
Figure GDA0001871981920000051
的方向延伸，但并不限于此。具体而言，例如作为一例，也可基于船舶的回转角速度来算出船舶的行进方向，并以此行进方向为基准来决定角度θn。船舶的回转角速度例如能够使用船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)而获得。
其他船能够到达范围计算部17算出作为追踪对象的所有靶标Tn各自的其他船能够到达范围Zn。由其他船能够到达范围计算部17所算出的各靶标Tn的其他船能够到达范围Zn被通知给显示器6。
自身船能够到达范围计算部18算出自身船S在设定时间t1内可到达的范围即自身船能够到达范围Zs。自身船能够到达范围计算部18基于由用户予先输入的自身船的大小(例如自身船的宽度及长度)、从自身船的船速计(省略图示)获得的自身船的速度、自身船的船头方向等，而算出自身船能够到达范围Zs。由自身船能够到达范围计算部18所算出的自身船能够到达范围Zs是与图2所示的其他船能够到达范围Zn同样的扇形范围。
图3是表示显示在图1所示的显示器6上的显示画面P的一例的图。在显示器6上，显示有自身船S、自身船能够到达范围Zs、由靶标回波提取部12所提取的靶标T1～T4的回波像E1～E4、以及对应于各靶标T1～T4而算出的其他船能够到达范围Z1～Z4。图3中，图示了检测出4个靶标T1～T4的示例。而且，在显示器6上，显示有各靶标T1～T4的航迹(图3中，仅图示靶标T3的航迹RT3及靶标T4的航迹RT4)。
而且，图3中，以浓的影线(hatching)来表示自身船能够到达范围Zs，以淡的影线来表示其他船能够到达范围Z1～Z4。但是，在实际的显示器6中，对于自身船能够到达范围Zs及其他船能够到达范围Z1～Z4，标注了互不相同的颜色。例如作为一例，自身船能够到达范围Zs为淡蓝色，其他船能够到达范围Z1～Z4为橙色。
此外，一般而言，船舶的最大转向率根据船舶的静态信息，具体而言，根据船舶的大小等而不同。例如，尺寸大的船舶难以进行急剧的方向转换，最大转向率相对较小。另一方面，尺寸小的船舶的最大转向率要大于尺寸大的船舶。因而，一般而言，大船舶的可行进角度范围相对较小，小船舶的可行进角度范围要大于大船舶的可行进角度范围。
对于此点，根据本实施方式的雷达装置1，基于靶标T1～T4的静态信息(本实施方式的情况下，为船舶的大小)来算出各靶标T1～T4的可行进角度范围θ1～θ4，并基于自身船S的大小来算出自身船S的可行进角度范围θs。由此，能够更准确地算出自身船及其他船在规定时间后可到达的范围。
效果
如上所述，本实施方式的雷达装置1的信号处理部10基于船舶的静态信息(本实施方式的情况下为船舶的大小)，来算出船舶的能够到达范围Zs、Z1～Z4。这样，例如与仅基于船舶的动态信息(船舶的速度等)来算出能够到达范围的情况相比，能够准确地算出船舶的能够到达范围Zs、Z1～Z4。
因而，根据信号处理部10，能够准确地算出船舶在规定时间内可到达的位置范围。
而且，在信号处理部10中，基于从天线3发送的发送波被其他船反射而归来的反射波来推测其他船的大小，并基于所述其他船的大小来推测船舶的能够到达范围Z1～Z4。这样，能够基于由搭载于船舶的雷达装置所获得的信息来推测其他船的大小，因此无须使用特别的装置便能够推测其他船的大小。
而且，在信号处理部10中，基于由用户所输入的自身船S的大小来算出自身船S的能够到达范围Zs。由此，对于大小已知的船舶，只要用户输入其大小即可，因此能够基于更准确的船舶的大小信息，来更准确地算出此船舶的能够到达范围Zs。
而且，在信号处理部10中，基于根据船舶的大小而算出的此船舶的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000061
来算出船舶的能够到达范围Zs、Z1～Z4。船舶的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000062
取决于船舶的大小，因此通过基于船舶的大小来算出此船舶的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000063
从而能够适当地算出此船舶的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000064
而且，在信号处理部10中，使用作为船舶的静态信息的、船舶的大小，来算出能够到达范围Zs、Z1～Z4。船舶的能够到达范围Zs、Z1～Z4取决于船舶的大小，因此，通过基于船舶的大小来算出能够到达范围Zs、Z1～Z4，从而能够准确地算出能够到达范围Zs、Z1～Z4。
而且，在信号处理部10中，也基于作为船舶的动态信息的、自身船的速度等，来算出能够到达范围Zs、Z1～Z4。由此，能够更准确地算出能够到达范围Zs、Z1～Z4。
而且，根据本实施方式的雷达装置1，在显示器6上显示船舶的能够到达范围Zs、Z1～Z4。由此，能够提供用户可容易地掌握能够到达范围Zs、Z1～Z4的雷达装置1。
变形例
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些，可在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。
(1)图4是变形例的雷达装置1a的框图。所述实施方式中，通过靶标尺寸推测部15来推测靶标(其他船)的尺寸，但并不限于此。本变形例中，能够通过AIS来获得靶标的尺寸。
本变形例的雷达装置1a的信号处理部10a(信号处理装置)与所述实施方式的雷达装置1相比，为省略了靶标尺寸推测部15的结构。并且，雷达装置1a具备AIS天线8。而且，本变形例的信号处理部10a的最大转向角度计算部16a的动作与上述实施方式的最大转向角度计算部16稍有不同。
AIS天线8是用于接收AIS信息的天线。AIS天线8接收与位于自身船周边的其他船相关的信息(例如其他船的大小等)。
最大转向角度计算部16a在以下方面与上述实施方式的最大转向角度计算部16不同。具体而言，最大转向角度计算部16a基于由AIS天线8所获得的与其他船的大小相关的信息(具体而言，为其他船的长度、其他船的宽度)，来算出其他船的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000071
如上所述，根据本变形例，能够利用AIS来获得与其他船的大小相关的信息，因此能够获得与其他船的大小相关的准确信息，甚而能够准确地算出其他船的能够到达范围Z1～Z4。
另外，本变形例中，列举最大转向角度计算部16a基于其他船的大小来算出所述其他船的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000072
的示例进行了说明，但并不限于此。具体而言，例如作为一例，也可基于从AIS天线8获得的其他船的种类，来算出所述其他船的最大转向角度
Figure GDA0001871981920000073
(2)图5是变形例的雷达装置1b的框图。所述实施方式中，列举搭载于船舶的雷达装置1为例进行了说明，但并不限于此。具体而言，本变形例的雷达装置1b被设置于沿岸部等陆地。
本变形例的雷达装置1b的信号处理部10b(信号处理装置)与所述实施方式的信号处理部10相比，为省略了自身船能够到达范围计算部18的结构。而且，本变形例的信号处理部10b为取代所述实施方式的其他船能够到达范围计算部17，而具备船舶能够到达范围计算部17a的结构。
雷达装置1b根据各船舶的大小，来算出在设置有此雷达装置1b的沿岸部附近的海域航行的各船舶的能够到达范围Zn。即，雷达装置1b是作为对在沿岸部附近航行的船舶进行监控的监控雷达而设置。另外，关于船舶能够到达范围计算部17a，算出能够到达范围Zn的对象是在设置有此雷达装置1b的沿岸部附近的海域航行的船舶，除了此点以外，其结构及动作与其他船能够到达范围计算部17相同，因此省略说明。
如上所述，根据本变形例的雷达装置1b的信号处理部10b，与所述实施方式的情况同样地，能够准确地算出能够到达范围。进而，根据信号处理部10b，能够提供具有适当的结构的信号处理部来作为设置于陆地的监控雷达的信号处理部。
(3)图6是变形例的雷达装置1c的框图。本变形例的雷达装置1c的信号处理部10c(信号处理装置)除了所述实施方式的雷达装置1的信号处理部10所具有的各构成元件以外，还具有碰撞危险范围决定部19。
碰撞危险范围决定部19基于由自身船能够到达范围计算部18所算出的自身船能够到达范围Zs与由其他船能够到达范围计算部17所算出的其他船能够到达范围Zn，来决定自身船与其他船发生碰撞的可能性高的区域(area)即碰撞危险范围Zd。具体而言，碰撞危险范围决定部19将自身船能够到达范围Zs与其他船能够到达范围Zn重合的范围决定为碰撞危险范围Zd。由碰撞危险范围决定部19所决定的碰撞危险范围Zd被通知给显示器6。
图7是表示显示在图6所示的显示器6上的显示画面P的一例的图。在显示器6上，与所述实施方式的雷达装置1的显示器6同样地，显示有自身船S、自身船能够到达范围Zs、其他船(即，靶标T1～T4)的回波像E1～E4、及对应于各靶标T1～T4而算出的其他船能够到达范围Z1～Z4。
并且，本变形例中，以与自身船能够到达范围Zs及其他船能够到达范围Z1～Z4不同的颜色(例如红色)来显示碰撞危险范围Zd。由此，能够将自身船与其他船发生碰撞的危险性高的区域适当地显示为碰撞危险范围Zd。另外，图7中，对于碰撞危险范围Zd的颜色与自身船能够到达范围Zs及其他船能够到达范围Z1～Z4的颜色不同的情况，是通过对此碰撞危险范围Zd标注密度与能够到达范围Zs、Z1～Z4不同的点(dot)的影线来表示。
如上所述，本变形例的雷达装置1c的信号处理部10c中，将两个船舶的能够到达范围重合的部分决定为碰撞危险范围Zd。由此，能够适当地决定两个船舶发生碰撞的可能性高的区域。
(4)所述实施方式中，列举与跟其他船或陆地的位置关系无关地始终显示自身船能够到达范围Zs及其他船能够到达范围Zn的示例进行了说明，但并不限于此。具体而言，例如作为一例，在船舶的行进方向侧的规定范围内不存在别的船舶或陆地的情况下，也可不显示此船舶的能够到达范围。
在船舶的行进方向侧的规定范围内不存在别的船舶或陆地的情况下，此船舶与其他船舶或陆地发生碰撞的可能性低，因此将此船舶的能够到达范围显示于显示器6的必要性低。因而，通过不显示此种能够到达范围，能够避免显示于显示器6的显示画面变得繁琐。
(5)所述实施方式中，是仅基于船舶的大小或种类中的其中一个来算出船舶的最大转向角度，但并不限于此，也可基于这两者来算出船舶的最大转向角度。

Claims (7)

1.一种信号处理装置，其特征在于，包括：
天线，向船舶发送电波，接收由所述船舶从发送的所述电波反射的反射电波，并将所述反射电波输出至信号处理部，所述信号处理部接收所述天线输出的所述反射电波，根据接收到的所述反射电波估计所述船舶的静态信息，所述船舶的静态信息是指与船舶大小相关的信息；
能够到达范围计算部，基于所述船舶的静态信息来算出所述船舶在规定时间内能到达的位置范围即能够到达范围；以及
最大转向角度计算部，基于所述船舶的静态信息来算出所述船舶的最大转向角度，
所述能够到达范围计算部基于所述最大转向角度来算出所述能够到达范围。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，还包括：
静态信息推测部，基于发送波被所述船舶反射而归来的反射波，来推测所述船舶的静态信息。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其特征在于，
所述船舶的静态信息是通过AIS天线而获得的信息。
4.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其特征在于，
所述船舶的静态信息是由用户所输入的信息。
5.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其特征在于，
所述能够到达范围计算部进而基于所述船舶的动态信息来算出所述能够到达范围。
6.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其特征在于，
所述能够到达范围计算部算出多个所述船舶各自的所述能够到达范围，
所述信号处理装置还包括：碰撞危险范围决定部，将至少两个所述船舶各自的所述能够到达范围重合的部分决定为碰撞危险范围。
7.一种雷达装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6任一项所述的信号处理装置；以及
显示器，显示由所述信号处理装置所算出的能够到达范围。
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