CN114286946A - 固态雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固态雷达装置,可同时兼作波浪观测用与监视用。固态雷达装置(101)包括:收发部(10),收发包含调制信号及非调制信号的电波信号,所述调制信号及所述非调制信号为频率互不相同的脉冲信号;频率滤波器部(20),从所接收的电波信号中基于频率而分别提取调制信号及非调制信号;脉冲压缩部(30),生成对调制信号进行脉冲压缩而得的脉冲压缩信号;第一回波图像生成部(40),基于非调制信号及脉冲压缩信号而生成第一回波图像;波浪分析部(50),基于非调制信号及脉冲压缩信号的任一者而算出波浪信息的分析结果;以及显示信号生成部(60),生成第一回波图像及分析结果的显示信号。

Description

固态雷达装置
技术领域
本发明涉及一种固态雷达装置、其雷达控制方法及雷达控制系统。
背景技术
以往,关于用于监视船自身周边的船舶用雷达,发送元件使用磁控管(magnetron)元件的磁控管雷达(magnetron radar)为主流。
相对于磁控管雷达而在较近年开始开发的固态雷达将半导体用于发送元件,有窄带域化或小型化、免维护(maintenance free)的优点。但是,固态雷达的发送峰值功率(peak power)在发送元件的特性上,与磁控管雷达的发送峰值功率相比较而极低。因此,为了进行远方的目标物的观测,固态雷达需要发送经频率调制的脉冲状的信号(啁啾脉冲信号(chirp pulse signal)),对来自目标物的反射波进行脉冲压缩而改善信噪比(Signalto Noise ratio,S/N比)。
而且,船舶用雷达除了船自身周边的监视用途以外,也用于船自身周边的波浪观测,作为此波浪观测用而被称为波浪雷达。波浪雷达对从船自身周边的海面返回的发送信号的反射波进行分析,输出波浪的波高或周期、波长、波向等波浪信息。而且,关于波浪雷达,正利用磁控管雷达来进行开发。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1:先WO2017-179344
专利文献2:特WO2014-125958
发明内容
[发明所要解决的问题]
磁控管雷达中,在监视远方的情况下,发送信号设定为远距离观测用的包含长脉宽的非调制信号(长脉冲)。另一方面,在观测船自身近旁的波浪的情况下,为了获得对短波长的波的充分的解析度,发送信号大多情况下设定为近距离到中距离观测用的脉宽短的非调制信号(短脉冲或中脉冲)。因此,在将短脉冲或中脉冲用于发送信号而同时进行波浪观测及周边监视的情况下,磁控管雷达无法观测远方的目标物,因而无法充分发挥周边监视的用途。
由于以上原因,在波浪观测中进行包含远方的周边监视的用户需要分别具备波浪观测用的雷达与目标物观测用的雷达。
本发明是为了克服所述问题而成,提供一种固态雷达装置,可同时发挥波浪观测用及包含远方的周边监视用的功能。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题,本发明的固态雷达装置包括:收发部,收发包含调制信号及非调制信号的电波信号,所述调制信号及所述非调制信号为频率互不相同的脉冲信号;频率滤波器部,从所接收的电波信号中基于频率而分别提取调制信号及非调制信号;脉冲压缩部,生成对调制信号进行脉冲压缩而得的脉冲压缩信号;第一回波图像生成部,基于非调制信号及脉冲压缩信号而生成第一回波图像;波浪分析部,基于非调制信号及脉冲压缩信号的任一者而算出波浪信息的分析结果;以及显示信号生成部,生成第一回波图像及分析结果的显示信号。
而且,相对于生成各方位的第一回波图像的周期,算出分析结果的周期也可更长。
而且,收发部也可还包括旋转的天线,波浪分析部通过对扫描图像进行分析,从而算出分析结果,所述扫描图像包含与天线转一圈对应的第一回波图像。
而且,第一回波图像也可分为与自发送位置起的距离相应的多个区域,区域由基于非调制信号及脉冲压缩信号的至少其中一者的图像所构成,波浪分析部对区域中由非调制信号及脉冲压缩信号的任一者所构成的区域进行分析。
而且,区域中的至少其中一个也可包含合成图像,此合成图像是将非调制信号及脉冲压缩信号根据自收发部起的距离来变更构成比率而成。
而且,显示信号生成部也可生成使第一回波图像及分析结果同时显示于同一画面内的显示信号。
而且,显示信号生成部也可生成将分析结果的至少一部分信息叠加于所述第一回波图像的显示信号。
而且,显示信号生成部也可生成将分析区域叠加于第一回波图像的显示信号,所述分析区域为分析波浪信息的范围。
而且,也可还包括分析区域输入部,此分析区域输入部受理来自用户的分析区域的个数、位置及大小的至少其中一个的变更的输入。
而且,也可还包括:船首方位获取部,算出船自身的船首方位,分析结果包含波向的信息,显示信号生成部生成表示波向及与船首方位的相对角度的显示信号。
而且,显示信号生成部也可基于分析结果来生成波的影像的显示信号。
而且,也可还包括:第二回波图像生成部,基于非调制信号及脉冲压缩信号的任一者而生成第二回波图像,波浪分析部通过对第二回波图像的一部分范围进行分析从而算出分析结果。
而且,收发部也可还包括旋转的天线,波浪分析部通过对扫描图像进行分析,从而算出分析结果,所述扫描图像包含与天线转一圈对应的第二回波图像。
根据此种结构,固态雷达装置可通过发送频率不同的电波信号,并从反射波中将各自分离进行处理,从而同时发挥波浪观测用与监视用的用途。
根据本发明,可利用一台固态雷达装置来同时发挥波浪观测用及包含远方的监视用的功能。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式的固态雷达装置的总体结构的框图。
图2为表示本发明的实施方式的发送部的详情的框图。
图3为表示本发明的实施方式的频率滤波器部的结构的框图。
图4为示意性地表示具有由非调制信号及脉冲压缩信号所构成的分区的一次扫描的回波图像的图。
图5(A)为表示磁控管雷达的发送信号的形态的图。(B)为表示本发明的实施方式的发送信号的形态的图。
图6为本发明的实施方式的流程图的图。
图7为示意性地表示具有包含非调制信号与脉冲压缩信号的合成的分区的一次扫描的回波图像的图。
图8为将本发明的实施方式的波浪的分析结果与回波图像显示于同一画面的图。
图9为表示本发明的实施方式的发送信号的变形形态的图。
具体实施方式
参照图对本发明的实施方式的固态雷达装置进行说明。本实施方式的固态雷达装置可用作商船、渔船或游船(pleasure boat)等的船舶用雷达。
<基本结构和基本动作>
以下,对本发明的基本结构和基本动作进行说明。图1为表示本实施方式的固态雷达装置101的结构的图。
图2为收发部10的结构。收发部10包含天线11、环形器(circulator)12、发送部13及接收部14等。
发送部13交替生成作为经频率调制的脉冲信号的调制信号、与作为非调制的脉冲信号的非调制信号来作为发送信号,向环形器12输出所述发送信号。此时,发送部13以频率带域互不重叠的方式生成调制信号与非调制信号作为不同频率的发送信号。而且,虽图中未示,但发送部13向脉冲压缩部30输出调制信号的发送信号的一部分。
环形器12将来自发送部13的发送信号送往天线11,并将从天线11接收的接收信号向接收部14输出。
天线11可将贴片天线(patch antenna)等排列成一列而构成,通过旋转,从而使收发面朝向相对于固态雷达装置的101的设置面而平行的面的全方位(360度)。天线11一边旋转一边对各种方位的外部空间放射发送信号。所发送的发送信号的一部分由存在于海面及海上的物体等反射体反射。另外,天线11一边旋转一边接收所反射的发送信号的一部分作为接收信号。
接收部14进行下述接收处理,即:通过双超外差(double superheterodyne)方式来进行接收信号的检波,由放大器放大后、通过模-数(Analog/Digital,A/D)转换器将模拟信号转换为数字信号。
图3为频率滤波器部20的结构。频率滤波器部20由基于频率将调制信号与非调制信号分离的两个带通滤波器(Band-Pass-Filter,BPF)所构成。
在接收部14中经接收处理的接收信号分别向BPF21及BPF22输出。BPF21提取调制信号与非调制信号中频率低的一者,BPF22提取频率高的另一者。此处,BPF21及BPF22分别提取调制信号及非调制信号中的哪一个依存于调制信号及非调制信号的频率设定。此外,两个带通滤波器只要能将调制信号及非调制信号分离,则也可包含低通滤波器(Low-passfilter,LPF)及高通滤波器(High-pass filter,HPF)。
由其中一个带通滤波器提取的调制信号向脉冲压缩部30输出。由另一个带通滤波器提取的非调制信号向第一回波图像生成部40输出。
脉冲压缩部30通过脉冲压缩处理将调制信号转换为脉冲压缩信号,并将第一回波图像生成部40输出。此处,脉冲压缩处理可为一直以来已知的处理,例如有匹配滤波器(matched-filter)方式。
第一回波图像生成部40基于扫掠数据而生成扫掠图像作为第一回波图像,并向波浪分析部50及显示信号生成部60输出。此处,扫掠数据为由与连续的发送脉冲对应的非调制信号及脉冲压缩信号生成的特定方向的信号数据。而且,扫掠图像为下述图像,即:基于非调制信号的扫掠数据将从船自身70到一定距离为止加以像素化,且基于脉冲压缩信号的扫掠数据将更远方加以像素化,方位方向为1像素,且距离方向成为规定数的像素。
波浪分析部50根据相当于一次扫描的多个扫掠图像来生成一个极坐标系统的图像。另外,波浪分析部50将极坐标系统的图像转换为作为船自身70成为中心的笛卡尔坐标系统(Cartesian coordinate system)的图像的一个扫描图像。此处,扫描是指一边进行电波信号的收发一边使天线旋转360度的动作。此外,电波信号为作为调制信号或非调制信号的发送信号或接收信号、发送信号的反射波等的总称。
接下来,波浪分析部50从由时间上连续的多个扫描图像的非调制信号或脉冲压缩信号所生成的区域的范围中,设定作为同一像素尺寸的一部分范围的分析区域71。此处,图4为在一个扫描图像中包含非调制信号的范围中设定分析区域71的示例。与分析区域71的位置对应的多个图像的强度信息是以三维矩阵的形式处理。另外,波浪分析部50基于对所述三维矩阵进行傅里叶转换的结果,算出波高、周期、波长及朝向等波浪信息作为分析结果,并向显示信号生成部60输出。此外,本形态中,算出分析结果的周期相对于扫掠图像的生成周期而更长。
显示信号生成部60中,生成包含扫掠图像及波浪的分析结果的画面的显示信号。此外,固态雷达装置101也可还包括:显示部,使显示信号生成部60所生成的显示信号显示。
接下来,对基本结构的作用效果进行说明。
<磁控管雷达与固态雷达的收发处理的差异>
磁控管雷达的发送部具有磁控管元件,相对于固态雷达的固态元件而可发送峰值功率高的脉冲信号。另一方面,固态雷达的发送部在固态元件的特性上,发送信号的峰值功率低,因而无法发送具有与磁控管雷达同等的功率的脉冲信号。因此,固态雷达在与磁控管雷达相同的脉宽的情况下,无法确保探知距离。因此,固态雷达的发送部发送时间长的经频率调制的脉冲信号(调制信号),并在接收时实施脉冲压缩处理,由此保证S/N比,确保探知距离。
此处,固态雷达在发送调制信号的过程中,发送信号的一部分向接收部14泄漏,在调制信号的发送中无法接收调制信号的反射波。固态雷达的调制信号是以基于脉冲压缩处理的S/N比改善为前提,因而与磁控管雷达的发送信号相比更长。因此,无法接收调制信号的时间相对较长,成为无法观测船自身近旁的目标物的时间。以下,将无法接收所述调制信号的反射波的范围称为无感域。例如,在调制信号的脉宽为约10μs的情况下,无感域为距船自身的半径约1500m的范围。
此处,无感域距船自身70的距离短,电波信号在从发送部到目标物的往返时相对较未衰减。因此,固态雷达通过发送平均功率低且脉宽短的非调制信号,并基于其接收信号来生成无感域的回波图像,从而插补调制信号的无感域。
如上文所述,固态雷达通过发送信号使用调制信号及非调制信号两者,从而可观测船自身的近旁到远方的目标物。
<本结构的优点>
磁控管雷达在磁控管元件的特性上,难以适当调整发送信号的频率。另一方面,固态雷达可将调制信号与非调制信号的发送信号分别设为不同频率,因而可利用带通滤波器将各自的接收信号容易地分离。
此处,假设磁控管雷达交替发送短脉冲与长脉冲的情况下,所述磁控管雷达可成为波浪分析用与周边监视用的兼用雷达。更详细来说,如图5(A)所示,磁控管雷达可基于短脉冲的接收信号来分析波浪,基于长脉冲的接收信号来生成远方的回波图像。
磁控管雷达由于发送信号向接收侧泄漏,因而在其中一者的发送中无法接收另一者的信号。因此,所述磁控管雷达的兼用形态下,发送部为了分别确保各发送脉冲的接收时间,需要降低各发送脉冲的重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)。但是,PRF的降低会使短脉冲和长脉冲各自的方位解析度降低,而且目标的命中数也降低,因而特别导致远方的目标物的探知能力下降。
另一方面,固态雷达容易变更发送信号的频率,因而可连续发送不同频率的调制信号和非调制信号。因此,如图5(B)所示,固态雷达通过利用带通滤波器将调制信号与非调制信号的接收信号分离,从而不在意发送信号的泄漏而可在另一者的发送中接收另外一者。因此,固态雷达无需降低发送信号的PRF。
此处,本实施方式中,波浪分析部50通过对包含第一回波图像生成部40中生成的第一回波图像的图像的一部分范围进行分析,从而算出分析结果。因此,发送部10无需分别发送用于分析船自身近旁的波浪的发送信号、与用于生成作为船自身周边的图像的显示信号的发送信号。因此,进行波浪信息的分析的本实施方式中,固态雷达无需降低发送信号的PRF。
波浪分析部50在第一回波图像中由非调制信号及脉冲压缩信号的任一者所构成的区域中分析波浪信息。波浪分析部50通过以不重复包含由非调制信号及脉冲压缩信号的各信号所构成的部分的方式设定分析区域71,从而即便不针对波浪的分析用生成其他回波图像,也能分析波浪信息。其原因在于,非调制信号及脉冲压缩信号的脉冲性质不同,包含各自的回波图像的性质也不同。此外,通过针对波浪信息的分析将非调制信号的脉宽设为充分短的脉宽,从而波浪信息的分析结果成为精度高的结果。
对本发明的实施方式的流程图即图6进行说明。
收发部10生成调制信号和非调制信号的发送信号(步骤S1)。接下来,收发部10进行下述发送处理,即:将所生成的发送信号经由环形器12及旋转的天线11向外部的空间进行放射(步骤S2)。接下来,收发部10经由天线11接收发送信号从反射体反射而回的反射波,进行接收处理(步骤S3)。
频率滤波器部20使用带通滤波器从接收信号中分别提取调制信号和非调制信号(步骤S4)。频率滤波器部20将接收信号中的调制信号向脉冲压缩部30输出(步骤S5)。若接收号并非调制信号,即若为非调制信号,则频率滤波器部20向第一回波图像生成部40输入所述接收信号(步骤S5)。脉冲压缩部30对调制信号进行脉冲压缩处理,并向第一回波图像生成部40输出(步骤S6)。
第一回波图像生成部40基于调制信号及非调制信号的扫掠数据而生成回波图像(步骤S7)。接下来,在波浪分析部50中使用第一回波图像的情况下,第一回波图像生成部40向波浪分析部50输出第一回波图像(步骤S8)。而且,在波浪分析部50中不使用第一回波图像的情况下,第二回波图像生成部41生成第二回波图像,并向波浪分析部50输出(步骤S9)。
波浪分析部50基于非调制信号及脉冲压缩信号的至少其中一者而进行波浪信息的分析,向显示信号生成部60输出波高、周期、波长、朝向等波浪的分析结果(步骤S10)。
显示信号生成部60生成显示所述波浪的分析结果及第一回波图像的显示信号(步骤S11)。
接下来,对各种详细的实施方式进行说明。
<回波图像的区域>
第一回波图像生成部40在生成第一回波图像时,可针对距离方向分为多个区域而生成。图4中,船自身近旁的区域由非调制信号所构成,船自身远方的区域由脉冲压缩信号所构成。而且,波浪分析部50在所述区域中的船自身近旁的由非调制信号所构成的区域中设定分析区域71,分析波浪信息。
图7中的基于合成的区域中,第一回波图像生成部40生成下述第一回波图像,即:在经分为多个的区域中,在由非调制信号与脉冲压缩信号各自所构成的区域之间,具有通过非调制信号与脉冲压缩信号的合成而构成的区域。所述合成的处理为下述处理,即:随着距收发部的距离变大,而降低基于非调制信号的构成比率。由此,第一回波图像成为两个信号的区域的接缝不明显的无缝的图像。
<显示形态>
图8的显示画面61将基于第一回波图像的船自身的周边图像62配置于左侧,将作为分析结果的一部分的波高、周期、波向的信息配置于右侧的波浪信息区63内,将周边图像62及波浪信息区63同时显示于同一显示画面。而且,显示画面61在基于第一回波图像的周边图像62上叠加显示分析区域71。进而,显示画面61在周边图像62上显示作为分析结果的一部分的波向量73。此外,显示信号生成部60可生成将第一回波图像与分析结果分别显示于不同的两个显示画面的两种显示信号。
图9的固态雷达装置102还包括船首方位获取部80。船首方位获取部80根据获取船自身的位置信息的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)传感器或陀螺罗盘(gyrocompass)等的传感器信息而算出船自身的船首方位,并向显示信号生成部60输出。图8的显示画面61为显示作为波浪分析结果的一部分的波向及船自身的船首方位的相对角度72的信息的画面。
波浪分析部50也可对分析区域71的三维矩阵进行傅里叶转换,基于分析结果的波的频率通过滤波将波以外的成分除去后,通过进行逆傅里叶转换,从而生成与通常的回波相比较而使波的信息突出的二维图像作为波的影像。波的影像为观看者一眼可掌握波高、波长、波向等那样的三维影像,且预先与波的信息的数值一起存储,波浪分析部50也可为下述方式,即:提取具有与分析结果接近的波的信息的数值的所述存储的波的影像。另外,显示信号生成部60可生成将所述波浪的影像与第一回波图像叠加的显示信号。
<用户接口>
如图9所示,固态雷达装置102可还包括分析区域输入部51。波浪分析部50可根据用户的输入来变更分析区域71的位置、大小及个数。
<杂波(clutter)处理>
从天线11发送的发送信号中,其一部分由海面反射,其一部分反射波由天线11接收。所接收的反射波的强度依存于对海面的入射角度,因此距收发部10的距离近的情况下,所述强度强。因此,波浪信息大多包含于来自船自身近旁附近的反射波。
此处,雷达的回波图像通常为了更清晰地反映出其他船等目标物而实施某些信号处理。作为其中之一,有作为海面反射(海杂波(sea clutter))的抑制方法的灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control,STC)处理。STC处理为下述处理,即:针对来自近距离的强反射波,降低增益而抑制来自附近的海面反射的影响,由此与距离无关地转换为均一的影像。
另一方面,用于波浪分析的雷达的回波图像由于对反射波所含的波浪信息进行分析,因而通常不实施STC处理。其原因在于,海杂波为波浪分析部50的分析对象,无需使波浪信息衰减。
因此,第一回波图像生成部也可生成未实施与显示用同样的噪声抑制处理等的第一回波图像,并向波浪分析部50输出。
<波浪分析用回波图像的生成>
图9中,固态雷达装置102还包括第二回波图像生成部41。第二回波生成部41生成代替第一回波图像而用于波浪分析部50中的第二回波图像,并向波浪分析部50输出。第二回波图像由非调制信号及脉冲压缩信号的至少其中一者构成。另外,波浪分析部50在所述第二回波图像的范围中由非调制信号及脉冲压缩信号的任一者所构成的区域中设定分析区域71,分析波浪信息。这样,第二回波图像生成部41可一边使用构成第一回波图像的共同的接收信号,一边生成更适于波浪信息的分析的第二回波图像。此外,关于本文中记载的第一回波图像生成部40所具有的处理,第二回波图像生成部41可进行同等的处理。
此处,第二回波图像生成部41可仅由非调制信号来生成第二回波图像。此时,第二回波图像所构成的整个范围由非调制信号构成,因而波浪分析部50可与通常由脉冲压缩信号构成的区域无关地设定分析区域71。因此,波浪分析部50可在回波所反映的范围内分析远方的波浪信息。而且,此时脉冲压缩部30可设为不向第二回波图像生成部输出脉冲压缩信号的结构。
<变形形态>
[固态雷达装置的搭载形态]
固态雷达装置只要满足结构,则也可设置于陆地。
[数字及模拟的形态]
作为收发部10中的处理而说明的接收信号的A/D转换处理可在任何过程中进行。因此,关于图1的频率滤波器部20及脉冲压缩部10的各处理,既可由中央处理器(CentralProcessing Unit,CPU)进行处理,也可由现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray,FPGA)进行,也可由模拟电路进行处理。
[波浪分析的形态]
关于波浪分析的处理,只要可根据回波图像算出波浪信息的分析结果即可,其方法不限。例如,波浪分析部50也可取时间上连续的扫描图像的相关进行分析,或者计算这些的交叉频谱(cross spectrum),由此分析波浪信息,算出分析结果。
<本文的解释>
[结构的变形形态]
各部的具体结构并非仅限定于所述实施方式,可在不偏离本公开的主旨的范围内进行各种变形。
[语句的解释]
关于权利要求书、说明书及图式中所示的装置、系统、程序及方法中的动作、次序、步骤及阶段等各处理的执行顺序,只要将前处理的输出用于后续处理,则能以任意顺序实现。关于权利要求书、说明书及图式中的流程,即便为方便起见而使用“首先”、“接下来”等来进行说明,也并非意指必须以此顺序执行。
[符号的说明]
11:天线
12:环形器
61:显示画面
62:回波图像
63:波浪信息区
70:船自身
71:分析区域
72:相对角度
73:波向量

Claims (15)

1.一种固态雷达装置,其特征在于,包括:
收发部,收发包含调制信号及非调制信号的电波信号,所述调制信号及所述非调制信号为频率互不相同的脉冲信号;
频率滤波器部,从所接收的所述电波信号中基于所述频率而分别提取所述调制信号及所述非调制信号;
脉冲压缩部,生成对所述调制信号进行脉冲压缩而得的脉冲压缩信号;
第一回波图像生成部,基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号而生成第一回波图像;
波浪分析部,基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的任一者而算出波浪信息的分析结果;以及
显示信号生成部,生成所述第一回波图像及所述分析结果的显示信号。
2.根据权利要求1所述的固态雷达装置,其特征在于,
相对于生成各方位的所述第一回波图像的周期,算出所述分析结果的周期更长。
3.根据权利要求1或2所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述收发部还包括旋转的天线,
所述波浪分析部通过对扫描图像进行分析,从而算出所述分析结果,所述扫描图像包含与所述天线转一圈对应的第一回波图像。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述第一回波图像分为与自发送位置起的距离相应的多个区域,所述区域由基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的至少其中一者的图像所构成,
所述波浪分析部对所述区域中由所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的任一者所构成的区域进行分析。
5.根据权利要求4所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述区域中的至少其中一个由合成图像所构成,所述合成图像是将所述非调制信号及所述脉冲压缩信号根据距离来变更构成比率而成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述显示信号生成部生成使所述第一回波图像及所述分析结果同时显示于同一画面内的显示信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述显示信号生成部生成将所述分析结果的至少一部分信息叠加于所述第一回波图像的显示信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述显示信号生成部生成将分析区域叠加于所述第一回波图像的显示信号,所述分析区域为分析所述波浪信息的范围。
9.根据权利要求8所述的固态雷达装置,其特征在于,还包括:
分析区域输入部,受理来自用户的所述分析区域的个数、位置及大小的至少其中一个的变更的输入。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,还包括:
船首方位获取部,算出船自身的船首方位,
所述分析结果包含波向的信息,
所述显示信号生成部生成表示所述波向及与所述船首方位的相对角度的显示信号。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述显示信号生成部基于所述分析结果来生成波的影像的显示信号。
12.根据权利要求1或2所述的固态雷达装置,其特征在于,还包括:
第二回波图像生成部,基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的任一者而生成第二回波图像,
所述波浪分析部通过对所述第二回波图像的一部分范围进行分析从而算出所述分析结果。
13.根据权利要求12所述的固态雷达装置,其特征在于,
所述收发部还包括旋转的天线,
所述波浪分析部通过对扫描图像进行分析,从而算出所述分析结果,所述扫描图像包含与所述天线转一圈对应的第二回波图像。
14.一种固态雷达控制方法,其特征在于,
收发包含调制信号及非调制信号的电波信号,所述调制信号及所述非调制信号为频率互不相同的脉冲信号,
从所接收的所述电波信号中基于所述频率而分别提取所述调制信号及所述非调制信号,
生成对所述调制信号进行脉冲压缩而得的脉冲压缩信号,
基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号而生成第一回波图像,
基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的任一者而算出波浪信息的分析结果,
生成所述第一回波图像及所述分析结果的显示信号。
15.一种固态雷达控制程序,其特征在于,
收发包含调制信号及非调制信号的电波信号的处理,所述调制信号及非调制信号为频率互不相同的脉冲信号;
从所接收的所述电波信号中基于所述频率而分别提取所述调制信号及所述非调制信号的处理;
生成对所述调制信号进行脉冲压缩而得的脉冲压缩信号的处理;
基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号而生成第一回波图像的处理;
基于所述非调制信号及所述脉冲压缩信号的任一者而算出波浪信息的分析结果的处理;以及
生成所述第一回波图像及所述分析结果的显示信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0501043D0 (en) * 2005-01-19 2005-06-01 Smiths Group Plc Radar apparatus
JP5399056B2 (ja) * 2008-12-05 2014-01-29 日本無線株式会社 目標検出装置
US8305257B2 (en) * 2009-09-02 2012-11-06 Trizna Dennis B Method and apparatus for coherent marine radar measurements of properties of ocean waves and currents
WO2014042134A1 (ja) * 2012-09-13 2014-03-20 古野電気株式会社 レーダ装置
WO2014125958A1 (ja) 2013-02-12 2014-08-21 古野電気株式会社 レーダ装置、及び干渉抑制方法
EP3255454B1 (en) * 2015-02-04 2020-02-05 Furuno Electric Co., Ltd. Signal-processing device, radar device, and signal-processing method
US9810772B2 (en) * 2015-02-27 2017-11-07 Navico Holding As Radar signal generator
JP2016206152A (ja) * 2015-04-28 2016-12-08 古野電気株式会社 波浪レーダ装置
JP6676151B2 (ja) 2016-04-11 2020-04-08 古野電気株式会社 波高算出装置、レーダ装置、及び波高算出方法

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