JP2012088163A - パルスレーダ装置、パルスレーダ装置制御方法およびその制御用プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】それぞれ異なる位置に設置され、重複する空間に発信電波を発信するように配置された空中線部を有するパルスレーダ10およびパルスレーダ20が目標物に係る信号の検出時刻、距離および視線方向速度を算定して目標物データとしてそれぞれ出力し、この各目標物データを時刻補正部40が同一時刻のデータとして補正し、時刻補正された目標物データおよび各パルスレーダの空中線部の位置座標データに基づいて目標座標算定部50が目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、方位角情報を使用せず1方向のみを観測する簡単なレーダ装置を使用して目標物の高度情報を含む3次元情報の算定を行うことを可能としたパルスレーダ装置を提供すること、その目的とする。
以下、本発明に係るパルスレーダ装置の第1実施形態を、図1に基づいて説明する。
このようにパルスレーダ10の空中線部11およびパルスレーダ20の空中線部21を設置することにより、異なる位置から同じ目標に対して電波を発信することが可能となる。
次に、パルスレーダ装置の全体的な動作について図1乃至図2に基づいて説明する。
(x−x1)2+(y−y1)2+(z−z1)2=R1 2 ・・・(1)
(x−x1)・xv+(y−y1)・yv=R1・R1v ・・・(2)
(x−x2)2+(y−y2)2+(z−z2)2=R2 2 ・・・(3)
(x−x2)・xv+(y−y2)・yv=R2・R2v ・・・(4)
(x’−x1)2+(y’−y1)2+(z’−z2)2=R1’2 ・・・(5)
(x’−x1)・xv+(y’−y1)・yv=R1’・R1v’ ・・・(6)
(x’−x2)2+(y’−y2)2+(z’−z2)2=R2’2 ・・・(7)
(x’−x2)・xv+(y’−y2)・yv=R2’・R2v’ ・・・(8)
x’=x+xv・Δt ・・・(9)
y’=y+yv・Δt ・・・(10)
まず、xvが次式を解くことにより求められる。
(B1 2+C1 2)・xv 2−2B1・D1・xv+D1 2−A1・C1 2=0
・・・(11)
ここで、
A1=(R1’・R1v’−R1・R1v)/Δt ・・・(12)
B1=x2−x1 ・・・(13)
C1=y2−y1 ・・・(14)
D1=R1・R1v−R2・R2v ・・・(15)
ここで、(11)式は、2次方程式であるため、解が2通り得られるが、2通りの解に対応して後段の計算を並行して行い、電波を照射する空間外の座標として求められる解を除去することで単一の解が得られる。
また、yvは次式により求められる。
yv=(D1−B1)・xv/C ・・・(16)
次に、x,y,zを次式により求める。なお、簡略化のために座標系をz1=z2=0とする。
x=(C2・B3−C3・B2)/(A2・B3−A3・B2) ・・・(17)
y=(C2−A2・x)/B2 ・・・(18)
z=√{R1 2−(x−x1)2+(y−y1)2} ・・・(19)
ここで、
A2=xv ・・・(20)
B2=yv ・・・(21)
C2=R1・R1v+x1・xv+y1・yv ・・・(22)
A3=2・(x2−x1) ・・・(23)
B3=2・(y2−y1) ・・・(24)
C3=R1 2−R1 2−x1 2−y1 2+x2 2+y2 2 ・・・(25)
である。(17)〜(19)式により目標物の3次元座標を算定することができる。
以上のように、本第1実施形態では、空中線部の位置が異なり且つ当該空中線部から発信される電波の範囲が重複するように設置されたパルスレーダ10およびパルスレーダ20が目標物に係る信号の検出時刻、目標との距離および目標の視線方向速度を算定して目標物データとして出力し、この目標物データを同一時刻のデータに時刻補正部40が補正し、この補正されたそれぞれの目標物データおよびパルスレーダ10の空中線部11とパルスレーダ20の空中線部21のそれぞれの座標位置データに基づいて、目標座標算定部が目標物の高度情報を含む3次元座標を算定する。これによって目標物の距離情報およびドップラ情報のみで目標物の高度の算定を可能とし、電波の発信方向を変えない単純なハードウェアのレーダ装置で目標物の3次元情報を得ることが可能となる。
次に、本発明の第2実施形態を図3に基づいて説明する。
ここで、前述した第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を用いるものとする。
まず、発信タイミング制御部60は、パルスレーダ10の送受信部12およびパルスレーダ20の送受信部22のそれぞれに対して、それぞれ異なる周波数で同時に発信電波の発信を行うように制御するタイミング制御信号を出力する。
このように、パルスレーダ10およびパルスレーダ20に対して、それぞれ異なる周波数で同時に発信電波を出力するように制御するタイミング制御信号を出力する発信タイミング制御部60を備えたことにより、各パルスレーダが同一時刻の目標を検出し、目標物データを算定することができる。このため、時刻補正を行うことなく、目標物の3次元座標を算定することが可能となる。さらに、この場合は時刻補正による誤差が発生しないため、3次元座標の算定結果の誤差が低減される。また、片方のパルスレーダのみパルス送信を行い、受信動作は両方のパルスレーダで行うことで目標物の3次元情報を算定することも可能である。
その他の構成およびその作用効果については、前述した第1実施形態と同じである。
次に、本発明の第2実施形態を図4に基づいて説明する。
ここで、前述した第1実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を用いるものとする。
また、その他の構成については、第1実施形態と同一となっている。
複数のパルスレーダから目標物データを受信したパルスレーダ選択部70は、電波照射範囲の重複する目標物データを選択して時刻補正部40に出力する。
このように、広範囲に設置された3組以上のパルスレーダから出力される目標物データを、パルスレーダ選択部70によって電波発信範囲が重複する目標物データを選択することによって、高価な3次元レーダ装置を使わずに、必要な範囲に安価なレーダを複数配置することで3次元レーダ装置の機能を実現することが可能となる。また、3組以上のパルスレーダが重複する範囲においては、本第1実施形態の算定式に加えて3点測量も併用することで、座標の計測制度を向上させることも可能である。
その他の構成およびその作用効果については、前述した第1実施形態と同じである。
尚、上記実施形態の一部又は全部は、新規な技術として以下のようにまとめられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
この各パルスレーダが、飛行中の目標物に対して発信した電波およびその反射電波に基づいて前記目標物との距離情報及び当該目標物にかかるドップラ情報を得ると共に、これらの各情報に基づいて前記目標物の検出時刻、目標物との距離および視線方向速度を算定し目標物データとして出力する機能を備えており、
前記各パルスレーダから出力される目標物データを入力すると共にこれを同一時刻の目標物データに補正する時刻補正部を備えると共に、
この時刻補正部によって補正された前記各パルスレーダからの目標物データおよび前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する目標座標算定部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。
前記各パルスレーダは、
空中線を介して所定方向に電波を発信すると共に目標物からの反射波を受信しA/D変換しディジタル受信信号として出力する送受信部と、このディジタル受信信号に対して複数の送信パルス毎に得られるディジタル受信信号間の相関処理であるパルスドップラ処理を行うパルスドップラ処理部と、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標物を特定すると共に当該目標物との距離を算定する距離算定手段と、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標物の視線方向速度を算定する視線方向速度算定手段とを有し、
前記距離算定手段によって前記目標物が特定された時刻情報、前記算定された目標物との距離情報、および前記視線方向速度算定手段によって算定された前記目標物の視線方向速度、を収集し目標物データとして出力する目標物データ出力部を備えていることを特徴としたパルスレーダ装置。
前記距離算定手段は、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号と予め設定されたしきい値とを比較し前記ディジタル受信信号が前記しきい値以上であった場合に前記ディジタル受信信号を前記目標物に係る信号として判定して目標物を検出する目標信号検出部と、前記送受信部が前記発信電波を発信した時刻と前記目標物を検出した時刻との差分により前記目標物との距離を算定する距離算定部とを備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。
前記視線方向速度算定手段は、前記パルスドップラされた前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標のドップラ周波数を算定し出力するドップラ情報算定部と、前記目標のドップラ周波数に基づいて前記目標の視線方向速度を算定する視線方向速度算定部とを備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。
前記時刻補正部に代えて、前記各レーダセンサの送受信部に対して、それぞれが異なる周波数で同時に前記発信電波を発信させるように制御するタイミング制御信号を出力する発信タイミング制御部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。
前記一および他のレーダ装置に備えられた前記送受信部は、いずれか一方の送受信部から前記発信電波を発信すると共にそれぞれの送受信部で前記反射波を受信することを特徴とするパルスレーダ装置。
前記パルスレーダを3組以上設置し、前記各パルスレーダの目標物データ出力部からそれぞれ出力される前記目標物データの内の電波照射範囲が重複する目標物データを選択して前記時刻補正部に出力するパルスレーダ選択部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。
前記目標座標算定部は、前記パルスレーダ選択部によって3組以上の前記目標物データが選択された場合には、3点測量を併用して前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定することを特徴とするパルスレーダ装置。
この一のパルスレーダとは異なった位置に配置され且つ当該一のパルスレーダと同じ機能を備えた他のパルスレーダが、前記一のパルスレーダと重複する空間に対して前記一のパルスレーダと同様に発信電波を発信し、
前記各パルスレーダから出力される前記各目標物データを入力すると共に、時刻補正部がこれを同一時刻の目標物データに補正し、
この時刻補正部によって補正された前記各パルスレーダで得られた目標物データおよび前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、目標座標算定部が前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する構成としたことを特徴とするパルスレーダ装置制御方法。
前記レーダ機能を有した2組のパルスレーダによって出力される前記目標物データをそれぞれ入力すると共にこれを同一時刻の目標物データに補正する時刻補正機能、
および前記時刻補正機能によって補正された前記各パルスレーダで得られた目標物データと前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する目標座標算定機能、
をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするパルスレーダ装置制御用プログラム。
11 空中線部
12 送受信部
13 パルスドップラ処理部
14 距離算定手段
14A 目標信号検出部
14B 距離算定部
15 視線方向速度算定手段
15A ドップラ情報算定部
15B 視線方向速度算定部
16 目標物データ出力部
20 パルスレーダ(他のパルスレーダ)
40 時刻補正部
50 目標座標算定部
60 発信タイミング制御部
70 パルスレーダ選択部
Claims (10)
- 一方向のみ観測可能な一方と他方のパルスレーダを異なった位置から同一空間を重複して探索するように配設し、
この各パルスレーダが、飛行中の目標物に対して発信した電波およびその反射電波に基づいて前記目標物との距離情報及び当該目標物にかかるドップラ情報を得ると共に、これらの各情報に基づいて前記目標物の検出時刻、目標物との距離および視線方向速度を算定し目標物データとして出力する機能を備えており、
前記各パルスレーダから出力される目標物データを入力すると共にこれを同一時刻の目標物データに補正する時刻補正部を備えると共に、
この時刻補正部によって補正された前記各パルスレーダからの目標物データおよび前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する目標座標算定部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項1に記載のパルスレーダ装置において、
前記各パルスレーダは、
空中線を介して所定方向に電波を発信すると共に目標物からの反射波を受信しA/D変換しディジタル受信信号として出力する送受信部と、このディジタル受信信号に対して複数の送信パルス毎に得られるディジタル受信信号間の相関処理であるパルスドップラ処理を行うパルスドップラ処理部と、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標物を特定すると共に当該目標物との距離を算定する距離算定手段と、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標物の視線方向速度を算定する視線方向速度算定手段とを有し、
前記距離算定手段によって前記目標物が特定された時刻情報、前記算定された目標物との距離情報、および前記視線方向速度算定手段によって算定された前記目標物の視線方向速度、を収集し目標物データとして出力する目標物データ出力部を備えていることを特徴としたパルスレーダ装置。 - 請求項2に記載のパルスレーダ装置において、
前記距離算定手段は、前記パルスドップラ処理された前記ディジタル受信信号と予め設定されたしきい値とを比較し前記ディジタル受信信号が前記しきい値以上であった場合に前記ディジタル受信信号を前記目標物に係る信号として判定して目標物を検出する目標信号検出部と、前記送受信部が前記発信電波を発信した時刻と前記目標物を検出した時刻との差分により前記目標物との距離を算定する距離算定部とを備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項2に記載のパルスレーダ装置において、
前記視線方向速度算定手段は、前記パルスドップラされた前記ディジタル受信信号に基づいて前記目標のドップラ周波数を算定し出力するドップラ情報算定部と、前記目標のドップラ周波数に基づいて前記目標の視線方向速度を算定する視線方向速度算定部とを備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一つに記載のパルスレーダ装置において、
前記時刻補正部に代えて、前記各レーダセンサの送受信部に対して、それぞれが異なる周波数で同時に前記発信電波を発信させるように制御するタイミング制御信号を出力する発信タイミング制御部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項5に記載のパルスレーダ装置において、
前記一および他のレーダ装置に備えられた前記送受信部は、いずれか一方の送受信部から前記発信電波を発信すると共にそれぞれの送受信部で前記反射波を受信することを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一つに記載のパルスレーダ装置において、
前記パルスレーダを3組以上設置し、前記各パルスレーダの目標物データ出力部からそれぞれ出力される前記目標物データの内の電波照射範囲が重複する目標物データを選択して前記時刻補正部に出力するパルスレーダ選択部を備えていることを特徴とするパルスレーダ装置。 - 請求項7に記載のパルスレーダ装置において、
前記目標座標算定部は、前記パルスレーダ選択部によって3組以上の前記目標物データが選択された場合には、3点測量を併用して前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定することを特徴とするパルスレーダ装置。 - 空間を飛行中の目標物に対して発信した発信電波および当該目標物から得られる反射電波に基づいて前記目標物との距離情報および前記目標物にかかるドップラ情報を得ると共に、一のパルスレーダが当該距離情報およびドップラ情報に基づいて前記目標物の検出時間、距離、及び視線方向速度を算定し目標物データとして出力し、
この一のパルスレーダとは異なった位置に配置され且つ当該一のパルスレーダと同じ機能を備えた他のパルスレーダが、前記一のパルスレーダと重複する空間に対して前記一のパルスレーダと同様に発信電波を発信し、
前記各パルスレーダから出力される前記各目標物データを入力すると共に、時刻補正部がこれを同一時刻の目標物データに補正し、
この時刻補正部によって補正された前記各パルスレーダで得られた目標物データおよび前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、目標座標算定部が前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する構成としたことを特徴とするパルスレーダ装置制御方法。 - 空間を飛行中の目標物に対して発信した発信電波および当該目標物から得られる反射電波に基づいて前記目標物との距離情報および前記目標物にかかるドップラ情報を得ると共に、当該距離情報およびドップラ情報に基づいて前記目標物の検出時間、距離、及び視線方向速度を算定し目標物データとして出力するレーダ機能、
前記レーダ機能を有した2組のパルスレーダによって出力される前記目標物データをそれぞれ入力すると共にこれを同一時刻の目標物データに補正する時刻補正機能、
および前記時刻補正機能によって補正された前記各パルスレーダで得られた目標物データと前記各パルスレーダの位置座標データとに基づいて、前記目標物の高度情報を含む3次元情報を算定する目標座標算定機能、
をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするパルスレーダ装置制御用プログラム。
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