JP2011196808A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
レーダ主画面上の指定目標物に対する高分解能レーダ画像を随時確認することを可能にする。
【解決手段】
送信波を放射する送信部と、送信波を放射する送信部と、複数個のアンテナおよび受信機から構成され、前述送信波が目標物から反射した到来波を受信する受信部と、それぞれの受信機に対応してＡ／Ｄサンプリングを行うＡＤ部と、画像処理によって自動的に追尾機能を実行し、到来方向推定の実施領域を決定する特定領域決定部と、到来方向推定を行うための評価関数（例えば、ＭＵＳＩＣスペクトラム）を計算する到来方向推定部と、全方位のレーダ画像を表示する主画面表示部と、自動的に決定された特定領域の高分解能処理結果を表示する副画面表示部を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信波を放射し、目標物からの反射波を受信することで目標物を検知するレーダ装置に関する。

方位方向の分解能を向上する信号処理技術としては、モノパルス法（１目標時にのみ）、Ｃａｐｏｎ法、最小ノルム法、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法、統計的性質を用いた最尤推定法などがある。

これらの高分解能化を実現する信号処理手法を組み込んだレーダ装置は車載目的や防衛目的を中心に開発され、特許文献１、特許文献２、特許文献３の他多数が存在する。その中で、特許文献３は、送信方式としてＦＭＣＷ方式を採用し、受信した信号を送信信号と混合した後に高速フーリエ変換し、ビート周波数上のピークを検出する。そのピークを示す周波数の複素データを用いて固有値分解し、対応する方位における到来波数を求めることを特徴としている。また、飛しょう体の追尾に到来方向推定を用いる特許文献４がある。

特開平１０−３１０６５号公報 特開２００５−３７３５４号公報 特開２００９−１６２６９９号公報 特開２００９−２８１９６８号公報

「R.O.Schmidt;"Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation," IEEE Trans., vol.AP-34, No.3,pp. 276-280 (Mar,1986)」 菊間信良著 「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術評論社、1998 吉田孝監修 「改訂レーダ技術」、電子情報通信学会、1991

しかしながら、特許文献３では目標物やクラッタ（海面や雨等に反射した不要波）等の区別をすることなくピークを自動的に検出するアルゴリズムに到来方向推定手法を適用しており、特定の目標物に注目している訳ではない。

また、特許文献４においては、飛しょう体の追尾を主目的とした電子走査型レーダであり、陽に画像処理による追尾を行っている訳ではない。本発明が想定しているレーダ（例えば、航海用レーダ）では、自身に対して全方位に渡って他物標の存在を探知する必要があり、全方位画面表示をしている。

大型船舶が搭載している通常のレーダは、指示器画面の画素数に限りがあり、大画面表示をすることができない。レーダ操作員が特定目標物にのみ注目しようとすると、その目標物の位置とその周辺状況を十分認識できるように表示レンジを拡大する必要がある。

しかし、レーダエコーはアンテナ長で決まるビーム幅分だけ方位方向に広がる性質を有しており、単に拡大もしくはエッジ検出をしただけでは指定目標物に関する詳細な位置情報を取得することは難しい。一方で、近距離レンジに変更すると、遠方にある他の目標物を表示できなくなる問題点がある。

さらに、従来の画像処理による他船追尾においては、アンテナのビーム幅内において接近する複数目標物のエコーが１つに接合されてしまうため、２個の目標物間で航跡の乗り移り現象を起こす事例があることが以前から指摘されている。なお、乗り移り現象とは、追尾されているレーダデータが誤って他の追尾されている物標又はレーダ映像と結合してしまうことを言う。

前記課題を解決するために、本発明は、
送信波を放射する送信部と複数個のアンテナおよび受信機から構成され、前記送信波を放射し目標物からの反射波を前記アンテナおよび受信機によって受信することで目標物を検知するレーダ装置において、
目標物によって反射した前記送信波の反射波を受信する複数のアンテナおよび受信機から成る受信部と、
前記複数の受信機に対応してそれぞれのＡ／Ｄサンプリングを行う複数のＡＤ部と、
前記ＡＤ部の出力を画像処理することによって追尾機能を実行し到来方向を推定するための実施領域を決定する特定領域決定部と、
前記特定領域決定部によって決定された実施領域において到来方向推定を行うための評価関数を計算する到来方向推定部と、
前記特定領域決定部に入力するデータを全方位について表示する主画面表示部と、
前記到来方向推定部によって推定された到来方向に関して特定領域の高分解能処理結果を表示する副画面表示部と、
を具備するレーダ装置である。

また本発明は、追尾機能を実行するために、過去の到来方向推定結果を画像処理に用いることを特徴としたレーダ装置である。

また本発明は、到来方向推定の適応領域の中心位置を、追尾機能によって算出された次のスキャンの予測位置にすることを特徴としたレーダ装置である。

また本発明は、追尾機能とは無関係のある角度範囲および距離範囲であるところのレーダ操作員が選択した固定領域の到来方向推定結果を、主画面表示部と別領域あるいは同領域であっても別ウインドウで表示もしくは主画面表示部に重畳することを特徴としたレーダ装置である。

また本発明は、到来方向推定結果を主画面表示部上に重畳することを特徴としたレーダ装置である。

また本発明は、前記評価関数はＭＵＳＩＣスペクトラムであることを特徴とするレーダ装置である。

本発明によれば、レーダの全方位画像を確認することと、レーダ操作員が指定した目標物に対する詳細なエコーの確認が同時にできる。

本発明によれば、高分解能処理を適応することで、今までレーダのアンテナビーム幅内に埋没していた複数目標を捕らえることが可能になり、その結果を追尾機能に用いることで、２つの目標物が接近した場合の航跡の乗り移り現象の低減を図ることができる。

本発明の実践形態を示すブロック図である。 特定領域を示す概略図である。 主画面表示部と副画面表示部の配置例を示す概略図である。

本発明の実践形態に関して、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

送信部１００から送信波を目標に向けて放射する。無変調パルス方式、周波数変調パルス方式、ＦＭＣＷ方式など、送信形式を問わない。

直線状に配列した複数個のアンテナ素子１０２とそれぞれに対応した受信機１０３を有し、目標物から反射してきた入射波を受信する。

受信信号はA/D変換器１０４を通過することによってデジタル信号に変換される。さらに、放射した送信波から目標物で反射してアンテナ素子１０２に戻るまでの時間差から、受信信号がスイープ毎に距離方向のデータ単位であるところのレンジビンデータに分解される。

各チャンネルの受信データを複素加算する単純合成部１０５を通過した後、第１のクラッタ除去部１０６に送出され、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）によりシークラッタやウェザクラッタの抑圧を行う。ＣＦＡＲに関する説明は、非特許文献３に譲る。

レーダ操作員が指定した目標物に対して特定領域決定部１０７にて追尾機能を実施する。
図２は主画面上の特定領域を示す概略図である。前スキャンまたは数スキャン前において作成した高分解能処理結果を２値化した２次元画像から目標物に対応する重心を計算し、フィルタを用いて次スキャンでの自身からの相対位置１２２を算出する。

αβフィルタ、カルマンフィルタ等の追尾に使用するアルゴリズムの種類を問わない。この予測位置を中心として、追尾目標物周辺の角度範囲と距離範囲（図２の１２１）を決定する。なお、高速で移動する目標物にも対応するために、予測値と実際に観測された現在位置が乖離する場合も考慮して十分広範囲をとる。

第１のクラッタ除去部１０６から送出されたエコー強度情報は主画面表示部１０８（または図３の１３０）に輝度として全方位画像表示する。これは、従来のレーダの画面と同一である。

各チャンネルの受信データに対してクラッタ除去を行う。第２のクラッタ除去部１０９の過程は、到来波数が受信機個数を上回ることを極力除外することを目的とする。また、陸地といった連続目標に対する到来方向推定の信号処理は、必ずしも高い性能を示す訳ではないため、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）により静止物標の反射波の成分を除外する。

特定領域決定部１０７で与えられた範囲１２１について到来方向推定の評価関数を計算する。図１のブロック図では、ＭＵＳＩＣ法を用いることを前提にしている。相関行列作成部１１１から評価関数計算部１１４までの過程である到来方向推定部１１０については非特許文献１や非特許文献２に詳細に述べられているので、一連の過程の説明は省略する。

到来方向推定部１１０に用いる信号処理手法は、Ｃａｐｏｎ法、最小ノルム法、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、最尤推定法、独立成分分析、または、前述の組み合わせのいずれも問わない。

評価関数計算部１１４により算出された評価関数を基にしたエコー強度分布はＰＰＩ表示形式等に変換される。特定領域決定部１０７の範囲から必要部分を切り出して副画面表示部１１５（または図３の１３２）において逐次画像表示される。

図３の概略図は主画面表示部１３０と副画面表示部１３２との配置関係を示したものであるが、同一表示器上にある必要はなく、主画面表示部１３０と副画面表示部１３２が物理的に別の表示器上に表示されてもよい。あるいは主画面表示部１３０の一部画面上に別フレームとして副画面表示部１３２を配置してもよい。

副画面表示部１１５のみならず、主画面表示部１０８上に輝度色を変更する形で高分解能処理結果を重畳することも可能とする。

本発明は指定目標物の追尾に伴って、高分解能処理を実践する特定領域を逐次更新することを特徴としているが、自船の前方など自身に対して相対的に固定の領域に対する高分解能処理結果を副画面表示部１１５に表示することも可能とする。固定領域の指定方法は文字情報処理部１３１から数値を入力する方法や、主画面表示部１０８上でポインタによって決定する方法がある。

１００…送信部、 １０１…受信部、 １０２…アンテナ、
１０３…受信機、 １０４…Ａ／Ｄ変換器、 １０５…単純合成部、
１０６…第１のクラッタ除去部、 １０７…特定領域決定部、 １０８…主画面表示部、
１０９…第２のクラッタ除去部、 １１０…到来方向推定部、 １１１…相関行列作成部、
１１２…空間移動平均部、 １１３…到来波数決定部、 １１４…評価関数計算部、
１１５…副画面表示部、
１２０…主画面表示部（全体の１／４の範囲を示す）、
１２１…高分解能処理を実施する特定領域、
１２２…指定目標物の予測位置、
１３０…主画面表示部、 １３１…文字情報表示部、１３２…副画面表示部。

Claims (6)

1. 送信波を放射する送信部と複数個のアンテナおよび受信機から構成され、前記送信波を放射し目標物からの反射波を前記アンテナおよび受信機によって受信することで目標物を検知するレーダ装置において、
   目標物によって反射した前記送信波の反射波を受信する複数のアンテナおよび受信機から成る受信部と、
   前記複数の受信機に対応してそれぞれのＡ／Ｄサンプリングを行う複数のＡＤ部と、
   前記ＡＤ部の出力を画像処理することによって追尾機能を実行し到来方向を推定するための実施領域を決定する特定領域決定部と、
   前記特定領域決定部によって決定された実施領域において到来方向推定を行うための評価関数を計算する到来方向推定部と、
   前記特定領域決定部に入力するデータを全方位について表示する主画面表示部と、
   前記到来方向推定部によって推定された到来方向に関して特定領域の高分解能処理結果を表示する副画面表示部と、
   を具備するレーダ装置。
2. 追尾機能を実行するために、過去の到来方向推定結果を画像処理に用いることを特徴とした請求項１に記載のレーダ装置。
3. 到来方向推定の適応領域の中心位置を、追尾機能によって算出された次のスキャンの予測位置にすることを特徴とした請求項１に記載のレーダ装置。
4. 追尾機能とは無関係のある角度範囲および距離範囲であるところのレーダ操作員が選択した固定領域の到来方向推定結果を、主画面表示部と別領域あるいは同領域であっても別ウインドウで表示もしくは主画面表示部に重畳することを特徴とした請求項１に記載のレーダ装置。
5. 到来方向推定結果を主画面表示部上に重畳することを特徴とした請求項１に記載のレーダ装置。
6. 請求項１に記載の評価関数はＭＵＳＩＣスペクトラムであることを特徴とするレーダ装置。