JP2000298169A - 船舶用衝突予防援助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】船舶に搭載されたレーダ送受信機からのエコー
信号から自船に接近する他の船舶等の目標を捕捉して追
尾する船舶用衝突予防援助装置において、目標船舶の識
別精度を向上させる。 【解決手段】目標位置検出部３０において、目標エコー
検出部３２は目標とする船舶のエコー信号を検出し、目
標位置推定部３８において、目標船舶の過去の位置から
次スキャンにおける目標位置の推定値と分散を算出し、
目標大きさ推定部３９は、目標船舶の過去の面積から次
スキャンにおける目標面積の推定値と分散を算出する。
これら目標位置の推定値とその分散および目標面積の推
定値とその分散から目標の確からしさ算出部３４におい
て、目標の確からしさを算出し、この目標の確からしさ
に基づいて、目標の最新の推定位置を算出する。この場
合、目標の位置に加えて、目標の大きさ（面積）の情報
を用いて目標の確からしさを算出するため、目標の識別
精度、追尾精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、船舶に搭載され
たレーダ送受信機からの受信信号を処理して自船に接近
する他の船舶等の目標を捕捉して追尾する船舶用衝突予
防援助装置に関し、特に、目標の識別精度を向上させた
船舶用衝突予防援助装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、船舶にはレーダ装置が搭載さ
れ、陸地や他船舶等の目標の探知を行い、航路の観測や
衝突防止のための観測が行われている。

【０００３】レーダ装置は、周知のように、回転する空
中線から所定周波数の送信電波を発射し、この送信電波
が目標により反射された反射電波（エコー信号）を受信
してレーダ指示機の表示器に自己位置を中心とした同心
円状の画像として表示する。

【０００４】このようなレーダ装置によれば、航行中並
びに停泊中に、自船に接近する他の移動船舶の観測、あ
るいは陸地等のような固定的な目標からのエコー信号を
もとに航路を観測し、また、自船の停泊位置から潮流等
の影響によって離脱したか否かの監視等を行うことがで
きる。従って、自船の位置、自船に近づく他の船舶の移
動状況を把握して衝突の危険の有無を判断し、適切な回
避行動を取ることにより航行の安全を図ることができ
る。

【０００５】この種の船舶の衝突を予防するための支援
装置に関する技術としては、第１に、自船の前方を重視
した特定の範囲を設定して、その範囲内に存在する目標
のみを捕捉し、危険性の高い目標を重点的に観測する技
術（特開昭５４−２１１９４号公報）、第２に、障害物
の大きさ、種類、静止船舶の向き等をイメージセンサか
らの情報に基づいて自動認識し、その障害物に関する危
険エリアを最適に設定する技術（特開昭６１−２４７９
８８号公報）、第３に、陸上の固定局レーダ装置により
逐次入力される各目標の将来の予測位置を逐次算出して
目標を追尾し、衝突のおそれのある目標についてはその
大きさを変数として加味した警報判定値を用いて警報判
定を行う技術（特開平０８−２３５５００号公報）等が
知られている。

【０００６】図２は、レーダによる目標からのエコー信
号（レーダ映像信号）を利用した従来の衝突予防援助装
置の構成を示すブロック図である。

【０００７】図２において、送受信機１からアンテナを
介して送信された電波は、船舶等の目標により反射さ
れ、該目標からのエコー信号がレーダ映像信号として送
受信機１により受信され、方位信号θと距離信号Ｒから
なる極座標とともにスキャンコンバータ２に入力され
る。

【０００８】スキャンコンバータ２は、極座標を２次元
ＸＹ座標の画像データに変換する。変換された２次元画
像データが、フレームメモリ３に蓄積される。

【０００９】フレームメモリ３から読み出された２次元
画像データに基づき、ＣＲＴ表示器４の表示画面上に船
舶等の目標のレーダ映像が表示される。以上の作用は通
常のレーダ装置と同様のものである。

【００１０】一方、送受信機１により受信した目標から
のエコー信号は、目標位置検出部５を構成する目標エコ
ー検出部６にも入力される。目標エコー検出部６におい
ては、目標位置推定部９において算出された目標の推定
位置に基づいて、目標と推定されるエコー信号が検出さ
れ、目標の確からしさ算出部７に送られる。この場合、
目標位置推定部９では、過去の目標の位置から次スキャ
ンの目標位置の推定値と目標位置の分散の推定値とを算
出し、目標の推定位置データを目標エコー検出部６と目
標の確からしさ算出部７に送出する。

【００１１】目標の確からしさ算出部７では、目標位置
推定部９から供給された次スキャンの目標位置の推定値
と目標位置の分散の推定値とに基づいて、目標エコー検
出部６において検出された目標と推定されるエコー信号
の各々について、その確からしさｐを次の（１）式を用
いて算出する。

【００１２】なお、（１）式において、目標位置の分散
の推定値Ｓｘ、検出された目標位置Ｚｘおよび過去のデ
ータによる目標位置の推定値Ｘ（Ｘのハット）は、それ
ぞれベクトル量である。

【００１３】

【数１】

【００１４】目標の確からしさ算出部７により算出され
た目標候補各々のエコー信号の確からしさｐは目標位置
算出部８に送られ、最新のデータによる目標の推定位置
Ｘｐが次の（２）式を用いて算出される。

【００１５】なお、（２）式において、最新のデータに
よる目標位置の推定位置Ｘｐ（Ｘハットｐ）、ｉ番目の
目標候補の位置Ｚｘｉは、それぞれベクトル量である。

【００１６】

【数２】

【００１７】目標位置算出部８においては、算出された
目標の推定位置Ｘｐに基づいて、その推定位置データを
目標の位置データとしてＣＲＴ表示器４に表示するため
にフレームメモリ３に書き込む。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
上記従来の衝突予防援助装置においては、目標のエコー
信号から自船に接近する目標（船舶）を補足し、自動的
に目標の位置を記録し、その速度と進路方位を算出し、
目標の位置の推定を行うという構成が採用されている。

【００１９】この場合、上記従来の衝突予防援助装置に
おいては、目標（船舶）を補足し自動的に目標（船舶）
の位置を記録する際、同一の目標と推定されるエコー信
号が存在する場合には、個々のエコー信号の確からしさ
を算出し、その結果に基づいて、目標（船舶）の推定位
置を算出する。目標（船舶）と推定されるエコー信号の
確からしさは、通常、目標（船舶）の過去の位置や、目
標追尾に使用するフィルタにより求められた目標の分散
などから得られた目標（船舶）位置の確率密度関数を用
いて算出される。

【００２０】しかしながら、上記した従来の船舶用衝突
予防援助装置においては、目標（船舶）の位置情報のみ
を基に目標船舶のエコー情報の確からしさを算出するた
め、目標（船舶）の予測位置に近いエコー信号ほどその
確からしさが高い確率となる。このため、海面反射エコ
ー、受信機ノイズ、ブイなどが存在する場合や、近傍に
同行船が存在する場合に、エコーの得られた位置のデー
タのみからでは個々の目標候補の確からしさの差が発生
せず、真の目標との判別が困難となり、高い存在確率が
真の目標から偽の目標に移動する、いわゆる乗り移りが
発生するという不都合があった。

【００２１】通常、海面反射エコーや受信機ノイズによ
るエコー信号は、目標（船舶）によるエコー信号よりも
小さいため、レーダ映像を目視すれば容易に判別するこ
とができるのにもかかわらず、従来技術による船舶用衝
突予防援助装置では、上述したように誤認追尾する場合
が存在していた。

【００２２】この発明は、このような課題を考慮してな
されたものであって、目標の識別精度を向上させること
を可能とする船舶用衝突予防援助装置を提供することを
目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明は、目標船の位
置情報に加えて、目標の大きさ、すなわち、目標の面積
に基づいて、目標のエコー情報の確からしさを算出する
ことにより、目標識別精度を向上し得るという考察に基
づくものであり、送信レーダ電波に対する目標からのエ
コー信号を検出し、該目標の過去の位置から次スキャン
の目標位置の推定値を算出するとともに、目標の過去の
大きさ、すなわち、目標の面積から次のスキャンの目標
面積の推定値を算出し、該目標位置の推定値と目標面積
の推定値とから、目標の確からしさを算出し、算出した
目標の確からしさに基づいて、目標の最新の推定位置を
算出するようにしている。

【００２４】これにより、目標の位置情報のみに基づい
て目標の確からしさを算出していた従来の船舶用衝突予
防援助装置に比べて、目標の識別精度を格別に向上する
ことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２６】図１は、この発明の一実施の形態に係る船
舶用衝突予防援助装置１０の構成を示すブロック図であ
る。

【００２７】船舶用衝突予防援助装置１０は、水平方向
に回転するアンテナ（レーダ空中線）１２から所定周波
数の送信電波を発射し、この送信電波が目標により反射
されたエコー信号を受信する送受信機１４と、送受信機
１４で受信したエコー信号からノイズを除去する信号処
理回路１６と、信号処理回路１６によりノイズを除去し
たエコー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１
８と、デジタル変換されたエコー信号と送受信機１４で
得られた反射波の方位信号、距離信号に基づいて、レー
ダ映像を２次元ＸＹ座標の画像データに変換しフレーム
メモリ２２に蓄積するスキャンコンバータ２０と、フレ
ームメモリ２２に蓄積された２次元画像データをアナロ
グ信号に変換するＤ／Ａ変換器２４と、Ｄ／Ａ変換器２
４によってアナログ変換されたレーダ映像を表示するラ
スタスキャン型のＣＲＴ表示器２６とを有している。な
お、これらの構成要素は、船舶に搭載される周知のレー
ダ装置と同様である。

【００２８】船舶用衝突予防援助装置１０は、さらに、
目標位置検出部３０を有し、この目標位置検出部３０に
は、送受信機１４により受信した目標エコーを検出する
目標エコー検出部３２と、目標の確からしさを算出する
目標の確からしさ算出部３４と、目標の確からしさの算
出結果に基づき目標の位置を算出する目標位置算出部３
６と、目標の位置を推定する目標位置推定部３８と、目
標の大きさ（面積）を推定する目標の大きさ推定部３９
とが含まれる。

【００２９】さらに、船舶用衝突予防援助装置１０は、
ＧＰＳ装置あるいはＤＧＰＳ装置等の自船位置検出装置
４２と処理プロセッサ４０とを備え、処理プロセッサ４
０は、目標位置算出部３６により算出された目標船舶位
置をＣＲＴ表示器２６に表示するためにフレームメモリ
２２に書き込む処理、あるいは自船位置検出装置４２に
より検出した自船位置と目標船舶位置の比較等を行う。

【００３０】この実施の形態の船舶用衝突予防援助装置
１０は、基本的には以上のように構成されるものであ
り、次にその作用について詳細に説明する。

【００３１】送受信機１４は、周知の送受信機と同様
に、アンテナ１２を水平方向に回転させるモータと、モ
ータの回転軸に連結されたエンコーダと、送信トリガ発
生器と、所定の周波数の送信電波をアンテナ１２を介し
て放射する送信機と、目標からのエコー信号（反射電
波）を受信してレーダ映像信号を出力する受信機と、送
信トリガ発生器に接続され、送信トリガ発生からエコー
信号の受信までの時間により船舶等の目標までの距離を
計測する距離計測タイマ等から構成されている。

【００３２】アンテナ１２は、モータにより水平面内で
回転駆動され、船舶の船首に対するアンテナ１２の方位
情報（θ）を示す回転方位信号がエンコーダから出力さ
れる。送信トリガ発生器から出力される送信トリガが送
信機に入力され、この送信トリガによってマグネトロン
等の発振器で発振した所定周波数の送信パルスが送信電
波として送信機から送出され、アンテナ１２から発射さ
れる。

【００３３】アンテナ１２から発射された送信電波は、
陸地や海上を航行する他の船舶等の目標によって反射さ
れ、この目標からのエコー信号を送受信機１４で受信す
る。送受信機１４で受信した信号の振幅値、すなわち、
受信信号レベルがエコー信号として信号処理回路１６に
入力されノイズ成分が除去される。信号処理回路１６に
よりノイズ成分が除去されたエコー信号はＡ／Ｄ変換器
１８に入力され、デジタル信号に変換される。

【００３４】一方、送信トリガ発生器の送信トリガ出力
は、距離計測タイマにも供給され、送信トリガ信号が供
給された時点から反射波が受信機により受信されるまで
の経過時間を距離計測タイマにより計測する。距離計測
タイマで計測した経過時間と、送信した電波の伝播速度
の積を１／２した値が目標までの距離信号Ｒとなり、送
受信機１４から出力される。距離計測タイマの計測動作
は、予め図示していない操作部から設定した最大計測距
離を示す時間経過を検出することにより完了しリセット
される。

【００３５】Ａ／Ｄ変換器１８でデジダル信号に変換さ
れたレーダ映像信号は、極座標の方位信号θ、距離信号
Ｒとともにスキャンコンバータ２０に入力され、このス
キャンコンバータ２０により２次元ＸＹ座標の画像デー
タに変換されフレームメモリ２２に蓄積される。

【００３６】蓄積された２次元画像データは、処理プロ
セッサ４０によりフレームメモリ２２から読み出され、
Ｄ／Ａ変換器２４によりアナログ信号に変換されてＣＲ
Ｔ表示器２６の表示画面上に船舶等の目標を含むレーダ
映像が表示される。以上の作用は通常のレーダ装置と同
様のものである。

【００３７】次に、送受信器１４により得られた目標の
エコー信号から自船に接近する目標船舶の位置を算出す
る作用について詳細に説明する。

【００３８】Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル変換され
た目標からのエコー信号は、目標位置検出部３０を構成
する目標エコー検出部３２に入力される。目標エコー検
出部３２においては、目標と推定されるエコー信号が検
出され、目標の確からしさを算出する目標の確からしさ
算出部３４に送られる。

【００３９】この際、目標位置推定部３８では、過去の
目標の位置から次スキャンの目標位置の推定値Ｘと、予
想される目標位置の分散の推定値Ｓｘとを算出し、算出
した目標位置の推定値Ｘと、その分散の推定値Ｓｘを目
標の確からしさ算出部３４に送出する。

【００４０】一方、目標の大きさ推定部３９では、過去
の目標のエコー信号の大きさ、すなわち、反射を生じた
目標の面積から次スキャンの目標の面積の推定値Ｍと、
目標面積の分散の推定値σ_M ² を算出し、算出した目標
の面積の推定値Ｍと分散の推定値σ_M ² と目標面積の標
準偏差の推定値σ_M を目標の確からしさ算出部３４に送
出する。

【００４１】目標の確からしさ算出部３４では、目標位
置推定部３８と目標の大きさ推定部３９から送出された
次スキャンの目標位置の推定値Ｘと、目標位置の分散の
推定値Ｓｘと、目標面積の推定値Ｍと、目標面積の分散
の推定値σ_M ² と目標面積の標準偏差の推定値σ_M に基
づいて目標エコー検出部３２において検出された目標と
推定されるエコー信号（検出された目標位置Ｚｘと検出
された目標面積Ｚ_M ）の各々について、その確からしさ
（確率密度関数）ｐを次の（３）式を用いて算出する。
なお、（３）式において、目標位置の分散の推定値Ｓ
ｘ、検出された目標位置Ｚｘおよび過去のデータによる
目標位置の推定値Ｘ（Ｘハット）は、それぞれベクトル
量である。

【００４２】

【数３】

【００４３】目標の確からしさ算出部３４により算出さ
れた目標（目標候補）各々のエコー信号の確からしさｐ
は目標位置算出部３６に送られ、この目標位置算出部３
６において、最新のデータによる目標の推定位置Ｘｐと
目標の推定面積（大きさ）Ｍｐがそれぞれ次の（４）式
および（５）式を用いて算出される。なお、（４）式に
おいて、最新のデータによる目標位置の推定位置Ｘｐ
（Ｘハットｐ）、ｉ番目の目標候補の位置Ｚｘｉはそれ
ぞれベクトル量である。

【００４４】

【数４】

【００４５】

【数５】

【００４６】なお、（４）式において、ｐｉは、目標と
推定されるエコー信号のｉ番目の候補の確からしさであ
り、Ｚｘｉは、目標と推定されるエコー信号のｉ番目の
候補の位置である。

【００４７】また、（５）式において、ｐｉは、目標と
推定されるエコー信号のｉ番目の候補の確からしさであ
り、Ｚ_Miは、目標と推定されるエコー信号のｉ番目の候
補の面積である。

【００４８】処理プロセッサ４０では、目標位置算出部
３６から供給された目標の推定位置Ｘｐと目標の推定大
きさＭｐに応じて、これらに該当するフレームメモリ２
２に追尾目標のシンボルを描画する。この表示により、
観測者は目標エコーを認識することができる。

【００４９】上述した目標位置検出部３０における処理
と処理プロセッサ４０における処理は自動的に行われる
ので、ＣＲＴ表示器２６上の画面上には、自動的に目標
を捕捉して正確に追尾される目標のシンボルが表示され
る。

【００５０】なお、同時に、処理プロセッサ４０では、
前記目標位置算出部３６により算出された目標の推定位
置Ｘｐが、自船位置検出装置４２により検出された自船
位置から衝突の危険があると判断した場合には警告情報
をデータとして出力し、フレームメモリ２２に書き込
む。

【００５１】この警報情報は、Ｄ／Ａ変換器２４を介し
てＣＲＴ表示器２６上に、前記目標エコーとともに表示
される。この場合、警告情報は、アラームや音声による
警告と併せて行うようにしてもよい。

【００５２】以上説明したように、この実施の形態に係
る船舶用衝突予防援助装置１０では、目標船舶の位置情
報に加えて、目標船舶の大きさ、すなわち、目標の面積
にも基づいて、目標船舶のエコー情報の確からしさを算
出することにより、目標船舶識別精度を向上することが
できるという効果が達成される。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る船舶用衝
突予防援助装置によれば、目標の位置情報に加えて、目
標の大きさ、すなわち、目標の面積にも基づいて、目標
のエコー情報の確からしさを算出しているので、目標が
錯綜してもより正確に真の目標を追尾することができる
という利点がある。

【００５４】より具体的な例で説明すれば、受信エコー
に海面反射エコーや受信機ノイズが存在し、その位置が
実際の目標船舶の位置より推定位置（算出位置）の方が
近い場合であっても、該海面反射エコーや受信機ノイズ
によるエコー信号は、通常、目標船舶によるエコー信号
よりも小さいので、目標の面積をも考慮した、それら偽
の目標によるエコー信号の確からしさ（確率密度関数）
は、真の目標船舶によるエコー信号の確からしさよりも
小さいものとなり、結果として、目標船舶の識別精度が
向上し、乗り移りや誤認追尾を回避することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る船舶用衝突予防援助
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】従来の衝突予防援助装置の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１０…船舶用衝突予防援助装置 １２…アンテナ １４…送受信機 １６…信号処理回路 １８…Ａ／Ｄ変換器 ２０…スキャンコン
バータ ２２…フレームメモリ ２４…Ｄ／Ａ変換器 ２６…ＣＲＴ表示器 ３０…目標位置検出
部 ３２…目標エコー検出部 ３４…目標の確から
しさ算出部 ３６…目標位置算出部 ３８…目標位置推定
部 ４０…処理プロセッサ ４２…自船位置検出
装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H180 AA25 CC12 CC14 FF05 LL01 LL02 LL04 LL08 5J070 AA14 AB01 AC01 AC02 AC13 AC20 AD01 AE02 AF05 AH14 AH19 AH31 AH33 AH50 AJ03 AJ13 AK14 AK22 BB02 BB03 BB04 BB06 BB13 BB14 BD10 BF02 BF04 BF12 BG02 BG06 BG21 BG24

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信レーダ電波に対する目標からのエコー
   信号を検出する目標エコー検出部と、 前記エコー信号から導出される過去の目標位置から次ス
   キャンの目標位置の推定値とその分散を算出する目標位
   置推定部と、 前記エコー信号から導出される過去の目標面積から次ス
   キャンの目標面積の推定値とその分散を算出する目標大
   きさ推定部と、 前記目標位置の推定値とその分散および前記目標面積の
   推定値とその分散から、目標の確からしさを算出する目
   標の確からしさ算出部と、 前記目標の確からしさ算出部により算出された目標の確
   からしさに基づいて、前記目標の最新の推定位置を算出
   する目標位置算出部とを有する目標位置検出部を備える
   ことを特徴とする船舶用衝突予防援助装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の船舶用衝突予防援助装置に
   おいて、 さらに、自船位置検出装置と処理プロセッサとを備え、 該処理プロセッサは、前記目標位置算出部により算出さ
   れた目標エコーの推定位置が、前記自船位置検出装置に
   より検出された自船位置から所定の範囲内にあるかどう
   かを判断し、所定の範囲内にあると判断した場合には警
   告情報を出力することを特徴とする船舶用衝突予防援助
   装置。