JP2014235049A - 波頭速度分布推定装置、波頭速度分布推定方法、及び波頭速度分布推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定する。
【解決手段】複数のタイミングのそれぞれにおいて直交座標エコー画像及び極座標エコー画像の双方を生成する画像生成部１１と、波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコーのアンテナ５からの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、極座標エコー画像を用いて対象エコーの波頭速度ベクトルを算出する極座標算出部１５と、対象エコーのエコー距離が、第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、直交座標エコー画像を用いて対象エコーの波頭速度ベクトルを算出する直交座標算出部１４と、を備えた波頭速度分布推定装置１０ｂを構成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、波頭速度分布推定装置、波頭の速度分布を推定するための波頭速度分布推定方法、及び波頭速度分布推定プログラムに関する。

従来より、海面の波頭の動きを推定するための手法として、例えば特許文献１に示すような手法が知られている。具体的には、特許文献１では、海洋レーダによって得られた受信信号に基づいて、波頭の動きを検出している。

特開平１１−２３７４７７号公報

ところで、上述のような海洋レーダで波頭の動きを検出する場合、一般的に、直交座標によって波頭の動きが算出される。しかし、直交座標の場合、比較的近い距離のエコー信号の形状が小さくなってしまう。そうなると、近距離における波頭速度の算出精度が低くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る波頭速度分布推定装置は、電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定する波頭速度分布推定装置であって、前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成する画像生成部と、前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出する極座標算出部と、前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出する直交座標算出部と、を備えている。

（２）好ましくは、前記第２所定値は、前記第１所定値を超える値として設定され、前記極座標算出部及び前記直交座標算出部は、前記対象エコーの前記エコー距離が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合、それぞれ、前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出し、前記波頭速度分布推定装置は、前記対象エコーの前記エコー距離が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合に、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、及び前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルのそれぞれに、重み係数を乗算する乗算部と、それぞれに前記重み係数が乗算された、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、及び前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、を加算する加算部と、を更に備えている。

（３）更に好ましくは、前記波頭速度分布推定装置は、前記対象エコーの前記エコー距離に応じて、前記重み係数を設定する重み係数設定部、を更に備えている。

（４）更に好ましくは、前記重み係数は、前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルに乗算される前記第１重み係数と、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルに乗算される第２重み係数と、を有し、前記重み係数設定部は、前記第１重み係数を、前記対象エコーの前記エコー距離が長くなるにつれて大きくなるように決定し、前記第２重み係数を、前記対象エコーの前記エコー距離が長くなるにつれて小さくなるように設定する。

（５）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る波頭速度分布推定方法は、電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定する波頭速度分布推定方法であって、前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成するステップと、前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、を含む。

（６）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る波頭速度分布推定プログラムは、電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定するための波頭速度分布推定プログラムであって、前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成するステップと、前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、を含む。

本発明によれば、検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定できる。

本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 自船を中心とした水平領域を示す図である。 座標の違いによるエコーの見え方の違いを説明するための図であって、（Ａ）は直交座標で表示されたエコーの一例であり、（Ｂ）は極座標で表示されたエコーの一例である。 重み係数について説明するためのグラフである。 図１で示す波頭速度分布推定装置によって算出された波頭速度ベクトルの分布状態が、表示器へ表示される際の表示例を示す図である。 波頭速度分布推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 自船を中心とした水平領域を示す図である。 図８で示す波頭速度分布推定装置によって算出された波頭速度ベクトルの分布状態が、表示器へ表示される際の表示例を示す図である。 変形例に係る波頭速度分布推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態に係る波頭速度分布推定装置１０、及び波頭速度分布推定装置１０を備えるレーダ装置１について、図を参照して説明する。本発明の実施形態に係るレーダ装置１は、波頭速度分布推定装置１０によって波頭速度の分布を推定できるように構成されている。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、図１に示すように、アンテナユニット２と、波頭速度分布推定装置１０と、表示器４と、を備えている。

アンテナユニット２は、アンテナ５と、受信部６と、Ａ／Ｄ変換部７と、を含んでいる。

アンテナ５は、指向性の強いパルス状電波を送信（放射）可能なレーダアンテナである。また、アンテナ５は、波頭からのエコー信号（反射波）を受信するように構成されている。即ち、アンテナ５は、波頭を特定するエコー信号を受信するように構成されている。レーダ装置１は、パルス状電波を送信してからエコー信号を受信するまでの時間を測定する。これにより、レーダ装置１は、波頭までの距離ｒを検出することができる。自船と波頭とが向かい合う方向は、距離方向として定義される。

アンテナ５は、水平面上で３６０°回転可能に構成されており、鉛直軸線回りを回転する。アンテナ５は、パルス状電波の送信方向を変えながら（アンテナ５の回転角度を変えながら）、電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。以上の構成で、レーダ装置１は、自船周囲の平面上の波頭を、３６０°にわたり探知することができる。

受信部６は、アンテナ５で受信したエコー信号を検波して増幅する。エコー信号は、アンテナ５で受信された信号のうち、アンテナ５からの送信信号に対する、波頭での反射波である。受信部６は、増幅したエコー信号を、Ａ／Ｄ変換部７へ出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、アナログ形式のエコー信号をサンプリングし、複数ビットからなるデジタルデータ（エコーデータ）に変換する。ここで、上記エコーデータの値は、アンテナ５が受信したエコー信号の強度（信号レベル）を特定するデータを含んでいる。Ａ／Ｄ変換部７は、エコーデータを、波頭速度分布推定装置１０の画像生成部１１へ出力する。

波頭速度分布推定装置１０は、図１に示すように、画像生成部１１と、対象エコー抽出部１２と、距離判定部１３と、直交座標算出部１４と、極座標算出部１５と、重み係数設定部１６と、乗算部１７と、加算部１８と、を備えている。波頭速度分布推定装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ（図示せず）等を含むハードウェアを用いて構成されている。また、波頭速度分布推定装置１０は、ＲＯＭに記憶された波頭速度分布推定プログラムを含むソフトウェアを用いて構成されている。

上記波頭速度分布推定プログラムは、本発明の一実施形態における波頭速度分布推定方法を、波頭速度分布推定装置１０に実行させるためのプログラムである。このプログラムは、外部からインストールできる。このインストールされるプログラムは、例えば、記録媒体に格納された状態で流通する。上記ハードウェアとソフトウェアとは、協働して動作するように構成されている。これにより、波頭速度分布推定装置１０を、画像生成部１１、対象エコー抽出部１２、距離判定部１３、直交座標算出部１４、極座標算出部１５、重み係数設定部１６、乗算部１７、及び加算部１８として機能させることができる。

波頭速度分布推定装置１０は、自船を中心とし自船から所定距離以内の所定範囲（以降、算出対象エリアＡと称する）内における海面の波頭の速度ベクトルを算出するように構成されている。具体的には、波頭速度分布推定装置１０は、画像生成部１１で生成した複数のタイミングでの画像を用いて、波頭速度ベクトル（波頭のオプティカルフロー）を算出する。オプティカルフローとは、画像中における運動物体（本実施形態では、波頭）の見かけの速度ベクトルの分布である。波頭のオプティカルフローを算出する手法としては、例えば、相関法、勾配法等が挙げられる。これらの手法については、公知であるため、その詳細な説明は省略する。

そして、本実施形態に係る波頭速度分布推定装置１０では、詳しくは後述するが、自船（詳しくは、自船に搭載されたレーダ装置１のアンテナ５）からの距離（エコー距離）に応じて、波頭速度ベクトルが算出される座標が適宜、選択される。やや具体的には、自船に近い位置の波頭エコーについては、極座標を用いて波頭速度ベクトルが算出され、自船から離れた位置の波頭エコーについては、直交座標を用いて波頭ベクトルが算出される。また、その中間位置付近の波頭エコーについては、極座標及び直交座標の両方を用いて波頭ベクトルが算出される。

より具体的に、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るレーダ装置１が搭載された船舶（自船）を中心とした水平領域を示す図である。図２に示すように、エコー距離が第１所定値ｒ_１未満の領域Ｒ_Ａの対象エコーＥ_Ａについては、極座標を用いて波頭速度ベクトルＶ_Ａが算出される。また、エコー距離が第１所定値ｒ_１以上且つ第２所定値ｒ_２未満の領域Ｒ_Ｂの対象エコーＥ_Ｂについては、極座標及び直交座標の両方を用いて波頭速度ベクトルＶ_Ｂが算出される。また、エコー距離が第２所定値ｒ_２以上の領域Ｒ_Ｃの対象エコーＥ_Ｃについては、直交座標を用いて波頭速度ベクトルＶ_Ｃが算出される。

図３は、座標の違いによるエコー画像の見え方の違いを説明するための図であって、（Ａ）は直交座標で表示されたエコー画像の一例であり、（Ｂ）は極座標で表示されたエコー画像の一例である。図３（Ａ）に示すように、エコー画像が直交座標で表示された場合、自船位置からの距離が長くなるにつれて、エコー画像が大きくなる。すなわち、自船位置付近のエコー画像の大きさは、比較的小さくなる。これに対して極座標で表示されたエコー画像は、自船位置からの距離に拘らず一定である。

すなわち、本実施形態に係る波頭速度分布推定装置１０では、図２に示すように、自船から近い側から順に、領域Ｒ_Ａ、領域Ｒ_Ｂ、及び領域Ｒ_Ｃを設定し、各領域において対象エコーが大きくなる座標が選択される。具体的には、自船に最も近い領域Ｒ_Ａのエコーの波頭速度ベクトルを算出する場合、極座標が選択される。また、自船から最も遠い領域Ｒ_Ｃの波頭速度ベクトルを算出する場合、直交座標が選択される。また、双方の領域Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｃの間の領域Ｒ_Ｂのエコーの波頭速度ベクトルを算出する場合、極座標及び直交座標の両方が用いられる。

以下、波頭速度分布推定装置１０の各構成要素について説明する。波頭速度分布推定装置１０は、上述のように、画像生成部１１と、対象エコー抽出部１２と、距離判定部１３と、直交座標算出部１４と、極座標算出部１５と、重み係数設定部１６と、乗算部１７と、加算部１８と、を有している。

画像生成部１１は、Ａ／Ｄ変換部７からのエコーデータに基づき、海面からの反射波に基づく画像データを生成する。画像生成部１１は、複数のタイミングにおける前記画像データを生成する。

そして、画像生成部１１は、複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成する。すなわち、画像生成部１１は、各タイミングにおいて２枚の画像（直交座標エコー画像及び極座標エコー画像）を生成する。

対象エコー抽出部１２は、画像生成部１１で生成されたエコー画像から、波頭に起因するエコーを対象エコーとして抽出する。具体的には、対象エコー抽出部１２は、エコー画像において所定の信号レベル範囲内に収まっているエコーを波頭に起因するエコーと推定し、このエコーを対象エコーとして抽出する。なお、上記所定の信号レベル範囲は、実験等によって予め設定された範囲であって、波頭からのエコーの信号レベルとして想定されうる信号レベルの範囲が設定される。

距離判定部１３は、対象エコー抽出部１２で抽出された対象エコーのエコー距離を算出する。そして、距離判定部１３は、エコー距離がｒ_１未満の対象エコーＥ_Ａについては、極座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ａのエコー画像を、極座標算出部１５に出力する。また、距離判定部１３は、エコー距離がｒ_１以上且つｒ_２未満の対象エコーＥ_Ｂについては、極座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ｂのエコー画像を極座標算出部１５に出力し、且つ、直交座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ｂのエコー画像を直交座標算出部１４に出力する。また、距離判定部１３は、エコー距離がｒ_２以上の対象エコーＥ_Ｃについては、直交座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ｃのエコー画像を直交座標算出部１４に出力する。

なお、上述した第１所定値ｒ_１及び第２所定値ｒ_２は、実験等によって求められた値である。このｒ_１及びｒ_２は、第１所定値ｒ_１以上且つ第２所定値ｒ_２未満の領域Ｒ_Ｂ内の対象エコーＥ_Ｂの大きさが、直交座標及び極座標の双方で表示した場合に、概ね同じとなるような値に設定される。

直交座標算出部１４は、距離判定部１３から出力された、直交座標で表示された複数のタイミングにおける対象エコーＥ_Ｂ，Ｅ_Ｃのエコー画像に基づいて、当該対象エコーＥ_Ｂ，Ｅ_Ｃの波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１，Ｖ_Ｃを算出する。対象エコーＥ_Ｂの波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１は、第１重み係数乗算部１７ａに出力される。一方、対象エコーＥ_Ｃの波頭速度ベクトルＶ_Ｃは、表示器４に直接、出力される。

極座標算出部１５は、距離判定部１３から出力された、極座標で表示された複数のタイミングにおける対象エコーＥ_Ａ，Ｅ_Ｂのエコー画像に基づいて、当該対象エコーＥ_Ａ，Ｅ_Ｂの波頭速度ベクトルＶ_Ａ，Ｖ_Ｂ２を算出する。対象エコーＥ_Ａの波頭速度ベクトルＶ_Ａは、表示器４に直接、出力される。一方、対象エコーＥ_Ｂの波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２は、第２重み係数乗算部１７ｂに出力される。

重み係数設定部１６は、距離判定部１３で算出された対象エコーのエコー距離に応じて、重み係数を設定する。重み係数設定部１６は、対象エコーのエコー距離が、ｒ_１以上且つｒ_２未満の場合に、直交座標算出部１４で算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１に乗算される第１重み係数α（０≦α≦１）と、極座標算出部１５で算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２に乗算される第２重み係数β（＝１−α）と、を設定する。

図４は、上記重み係数α，βについて説明するためのグラフである。図４に示すように、αは、第１所定値ｒ_１から第２所定値ｒ_２へ向かうにつれて、その値が線形的に徐々に大きくなるように設定される。一方、βは、第１所定値ｒ_１から第２所定値ｒ_２へ向かうにつれて、その値が線形的に徐々に小さくなるように設定される。

乗算部１７は、第１重み係数乗算部１７ａと、第２重み係数乗算部１７ｂとを有している。第１重み係数乗算部１７ａでは、直交座標算出部１４で算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１に、重み係数設定部１６で設定された重み係数αが乗算される。また、第２重み係数乗算部１７ｂでは、極座標算出部１５で算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２に、重み係数設定部１６で設定された重み係数βが乗算される。

加算部１８では、第１重み係数乗算部１７ａでの算出結果αＶ_Ｂ１と、第２重み係数乗算部１７ｂでの算出結果βＶ_Ｂ２とが加算される。

図５は、表示器４で表示される、算出対象エリアＡ内における各地点の波頭速度ベクトルの一例を示す図である。図５に示す例では、各地点の波頭速度ベクトルの大きさは、対応する各地点に表示された矢印の大きさで表され、各地点の波頭速度ベクトルの向きは、対応する各地点に表示された矢印の向きで表される。なお、図５におけるハッチングは、説明の便宜上のものであり、表示器４には表示されない。

そして、図５において、領域Ｒ_Ａ内に表示される各波頭速度ベクトルは、極座標を用いて算出された波頭速度ベクトル、具体的には、極座標算出部１５で算出されて表示器４に直接、出力された波頭速度ベクトルＶ_Ａである。また、領域Ｒ_Ｂ内に表示される各波頭速度ベクトルは、極座標及び直交座標の両方を用いて算出された波頭速度ベクトル、具体的には、加算部１８から表示器４へ出力された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ（＝αＶ_Ｂ１＋βＶ_Ｂ２）である。また、領域Ｒ_Ｃ内に表示される各波頭速度ベクトルは、直交座標を用いて算出された波頭速度ベクトル、具体的には、直交座標算出部１４で算出されて表示器４に直接、出力された波頭速度ベクトルＶ_Ｃである。

［波頭速度分布推定装置の動作］
図６は、波頭速度分布推定装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。図６を参照して、波頭の速度分布を推定する際の工程を説明する。

まず、ステップＳ１で、画像生成部１１は、複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標に基づく算出対象エリアＡ内のエコー画像と、極座標に基づく算出対象エリアＡ内のエコー画像と、の両方を生成する。

次にステップＳ２で、距離判定部１３は、対象エコー抽出部１２によって抽出された各対象エコーについて、自船（自船に搭載されたレーダ装置１のアンテナ５）からのエコー距離ｒを算出する。

エコー距離ｒが第１所定値ｒ_１未満の対象エコーＥ_Ａ（図２における領域Ｒ_Ａの対象エコーＥ_Ａ）については、ステップＳ３で、極座標算出部１５は、極座標に基づき当該対象エコーＥ_Ａの波頭速度ベクトルＶ_Ａを算出し、ステップＳ９に進む。

一方、エコー距離ｒが第２所定値ｒ_２以上の対象エコーＥ_Ｃ（図２における領域Ｒ_Ｃの対象エコーＥ_Ｃ）については、ステップＳ５で、直交座標算出部１４は、直交座標に基づき当該対象エコーＥ_Ｃの波頭速度ベクトルＶ_Ｃを算出し、ステップＳ９に進む。

また、エコー距離ｒが第１所定値ｒ_１以上且つ第２所定値ｒ_２未満の対象エコーＥ_Ｂ（図２における領域Ｒ_Ｂの対象エコーＥ_Ｂ）については、ステップＳ４で、直交座標算出部１４は、直交座標に基づき当該対象エコーＥ_Ｂの波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１を算出し、ステップＳ６に進む。また、極座標算出部１５は、極座標に基づき当該対象エコーＥ_Ｂの波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２を算出し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６では、第１重み係数乗算部１７ａは、ステップＳ４で、直交座標により算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１に重み係数αを乗算する。

一方、ステップＳ７では、第２重み係数乗算部１７ｂは、ステップＳ４で、極座標により算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２に重み係数βを乗算する。

次に、ステップＳ８では、加算部１８が、ステップＳ６での算出結果αＶ_Ｂ１と、ステップＳ７での算出結果βＶ_Ｂ２とを加算し、波頭速度ベクトルＶ_Ｂを算出する。

そして、ステップＳ９では、ステップＳ３で算出された領域Ｒ_Ａ内の波頭速度ベクトルＶ_Ａと、ステップＳ８で算出された領域Ｒ_Ｂ内の波頭速度ベクトルＶ_Ｂと、ステップＳ５で算出された領域Ｒ_Ｃ内の波頭速度ベクトルＶ_Ｃとが統合された状態で、表示器４に表示される。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る波頭速度分布推定装置１０では、自船に近い領域（エコー距離が第１所定値ｒ_１未満の領域Ｒ_Ａ）内の対象エコーＥ_Ａについては、極座標に基づいて波頭速度ベクトルＶ_Ａを算出している。また、自船から遠い領域（エコー距離が第２所定値ｒ_２以上の領域Ｒ_Ｃ）内の対象エコーＥ_Ｃについては、直交座標に基づいて波頭速度ベクトルＶ_Ｃを算出している。

上記波頭速度ベクトルを算出する際、対象となるエコーを抽出し、当該エコーの動きを抽出する必要がある。上記対象となるエコーを抽出するには、当該エコーの形状が大きい方がエコーを把握しやすい。

一般的に、波頭速度ベクトルの算出は、直交座標に基づいて行われる。しかし、アンテナ付近の物標については、図３に示すように、直交座標で表示すると、比較的小さくなってしまう。よって、直交座標を用いて自船近傍の波頭速度ベクトルを算出しようとした場合、形状が小さな対象エコーを正確に抽出できず、その結果、算出される波頭速度ベクトルの精度が悪くなる可能性がある。

これに対して、波頭速度分布推定装置１０では、上述のように、自船に近い領域Ｒ_Ａ内の対象エコーＥ_Ａについては、極座標に基づいて波頭速度ベクトルＶ_Ａを算出している。こうすると、図３（Ｂ）に示すように、自船付近の対象エコーＥ_Ａの形状を、直交座標で表示された対象エコーよりも大きくできるため、対象エコーＥ_Ａを正確に抽出しやすくなる。その結果、当該エコーＥ_Ａに基づいて算出される波頭速度ベクトルＶ_Ａの精度を高めることができる。

一方、自船から遠い領域内の対象エコーＥ_Ｃについては、直交座標に基づいて波頭速度ベクトルＶ_Ｃを算出している。自船から遠い位置については、図３に示すように、直交座標で表示された対象エコーの方が、極座標で表示された対象エコーの形状よりも大きくなる。よって、自船から離れた位置については、直交座標を用いて波頭速度ベクトルを算出した方が、極座標を用いて算出するよりも、波頭速度ベクトルを正確に算出できる。

従って、波頭速度分布推定装置１０によれば、検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定できる。

また、波頭速度分布推定装置１０では、対象エコーの大きさが、直交座標で表示された場合と極座標で表示された場合とで大きく変わらない領域（領域Ｒ_Ｂ）については、波頭速度ベクトルを以下のように算出している。具体的には、双方の座標により算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１，Ｖ_Ｂ２のそれぞれに重み付けをし、それらを足し合わせたものを、前記領域Ｒ_Ｂにおける波頭速度ベクトルＶ_Ｂとして算出している。

当該領域Ｒ_Ｂは、上述のように、対象エコーの大きさが、直交座標で表示された場合と極座標で表示された場合とで大きく変わらない領域である。よって、一方の座標のみを用いて波頭速度ベクトルを算出する場合と比べて、上述のように２つの座標を用いて波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１，Ｖ_Ｂ２を算出しそれらに重み付けをして足し合わせることにより、波頭速度ベクトルＶ_Ｂをより正確に算出できる。

また、波頭速度分布推定装置１０では、上記波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１，Ｖ_Ｂ２のそれぞれに乗算される重み係数α，βを、対象エコーのエコー距離に応じて設定している。これにより、重み係数α，βをエコー距離に応じて適切に設定できるため、波頭速度ベクトルをより一層正確に算出できる。

また、波頭速度分布推定装置１０では、直交座標によって算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ１に乗算される第１重み係数αを、エコー距離が長くなるにつれて大きくなるように設定している。また、極座標によって算出された波頭速度ベクトルＶ_Ｂ２に乗算される第２重み係数βを、エコー距離が長くなるにつれて小さくなるように設定している。これにより、各重み係数α，βを、エコー距離に応じてより適切に設定できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

［変形例］
（１）図７は、変形例に係るレーダ装置１ａの構成を示すブロック図である。図７に示すように、本変形例に係るレーダ装置１ａの波頭速度分布推定装置１０ａは、上記実施形態の場合と異なり、重み係数設定部１６が省略された構成となっている。そして、本変形例に係るレーダ装置１ａでは、各重み係数乗算部１７ａ，１７ｂに、予め決められた重み係数（例えば、双方とも０．５）が記憶されていて、各重み係数乗算部１７ａ，１７ｂに入力された波頭速度ベクトルに、上記重み係数が乗算される。

以上のように、本変形例に係る波頭速度分布推定装置１０ａでも、上記実施形態の場合と同様、エコー距離に応じて、波頭速度ベクトルが算出される座標を適切に切り替えている。従って、検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定できる。

また、本変形例に係る波頭速度分布推定装置１０ａでも、上記実施形態の場合と同様、領域Ｒ_Ｂ（図５参照）における波頭速度ベクトルを正確に算出できる。

（２）図８は、変形例に係るレーダ装置１ｂの構成を示すブロック図である。図８に示すように、上記実施形態における重み係数設定部１６、乗算部１７、及び加算部１８が省略された構成となっている。

図９は、本実施形態に係るレーダ装置１ｂが搭載された船舶（自船）を中心とした水平領域を示す図である。本変形例の距離判定部１３ａは、対象エコーのエコー距離が、所定値ｒ_１（第１所定値及び第２所定値）未満の対象エコーＥ_Ａ（図９参照）については、極座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ａのエコー画像を、極座標算出部１５に出力する。一方、エコー距離が、所定値ｒ_１以上の対象エコーＥ_Ｃ（図９参照）については、直交座標で表示された複数のタイミングにおける当該対象エコーＥ_Ｃのエコー画像を直交座標算出部１４に出力する。

また、本変形例の直交座標算出部１４ａは、距離判定部１３から出力された、直交座標で表示された複数のタイミングにおける対象エコーＥ_Ｃのエコー画像に基づいて、当該対象エコーＥ_Ｃの波頭速度ベクトルＶ_Ｃを算出する。波頭速度ベクトルＶ_Ｃは、表示器４に出力される。

また、本変形例の極座標算出部１５ａは、距離判定部１３から出力された、極座標で表示された複数のタイミングにおける対象エコーＥ_Ａのエコー画像に基づいて、当該対象エコーＥ_Ａの波頭速度ベクトルＶ_Ａを算出する。対象エコーＥ_Ａの波頭速度ベクトルＶ_Ａは、表示器４に出力される。

図１０は、本変形例の表示器４で表示される、算出対象エリアＡ内における各地点の波頭速度ベクトルの一例を示す図である。図１０に示す例でも、図５の場合と同様、各地点の波頭速度ベクトルの大きさは、対応する各地点に表示された矢印の大きさで表され、各地点の波頭速度ベクトルの向きは、対応する各地点に表示された矢印の向きで表される。

そして、図１０において、領域Ｒ_Ａ内に表示される各波頭速度ベクトルは、極座標を用いて算出された波頭速度ベクトル、具体的には、極座標算出部１５ａで算出されて表示器４に出力された波頭速度ベクトルＶ_Ａである。また、領域Ｒ_Ｃ内に表示される各波頭速度ベクトルは、直交座標を用いて算出された波頭速度ベクトル、具体的には、直交座標算出部１４ａで算出されて表示器４に出力された波頭速度ベクトルＶ_Ｃである。

［波頭速度分布推定装置の動作］
図１１は、本変形例に係る波頭速度分布推定装置１０ｂの動作を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して、波頭の速度分布を推定する際の工程を説明する。

まず、ステップＳ１では、上記実施形態の場合と同様、画像生成部１１は、複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標に基づく算出対象エリアＡ内のエコー画像と、極座標に基づく算出対象エリアＡ内のエコー画像と、の両方を生成する。

次にステップＳ２ａで、距離判定部１３は、対象エコー抽出部１２によって抽出された各対象エコーについて、自船（自船に搭載されたレーダ装置１のアンテナ５）からのエコー距離ｒを算出する。

エコー距離ｒが所定値ｒ_１未満の対象エコーＥ_Ａ（図９における領域Ｒ_Ａの対象エコーＥ_Ａ）については、ステップＳ３で、極座標算出部１５は、上記実施形態の場合と同様、極座標に基づき当該対象エコーＥ_Ａの波頭速度ベクトルＶ_Ａを算出し、ステップＳ９に進む。

一方、エコー距離ｒが所定値ｒ_１以上の対象エコー（図９における領域Ｒ_Ｃの対象エコーＥ_Ｃ）については、ステップＳ５で、直交座標算出部１４は、上記実施形態の場合と同様、直交座標に基づき当該対象エコーＥ_Ｃの波頭速度ベクトルＶ_Ｃを算出し、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９ａでは、ステップＳ３で算出された領域Ｒ_Ａ内の波頭速度ベクトルＶ_Ａと、ステップＳ５で算出された領域Ｒ_Ｃ内の波頭速度ベクトルＶ_Ｃとが統合された状態で、表示器４に表示される。

以上のように、本変形例に係る波頭速度分布推定装置１０ｂでも、上記実施形態の場合と同様、エコー距離に応じて、波頭速度ベクトルが算出される座標を適切に切り替えている。従って、検出対象となる波頭までの距離に拘らず、波頭速度分布を正確に推定できる。

（３）上記実施形態に係るレーダ装置１では、上記波頭速度分布推定装置１０によって推定された波頭速度の分布を表示器４に表示させているが、これに限らない。例えば、波頭速度分布推定装置１０によって推定された波頭速度の分布に基づいて、表層潮流、潮目、引き波（航行する船舶の後方に発生する波）等を推定し、これらを表示器に表示するようなレーダ装置を構成してもよい。

本発明は、波頭速度分布推定装置、この波頭速度分布推定装置を備えたレーダ装置、波頭速度の分布を推定するための波頭速度分布推定方法、及び波頭速度分布推定プログラムとして広く適用することができる。

１，１ａ，１ｂ レーダ装置
５ アンテナ
１０，１０ａ，１０ｂ 波頭速度分布推定装置
１４，１４ａ 直交座標算出部
１５，１５ａ 極座標算出部
ｒ_１ 第１所定値
ｒ_２ 第２所定値

Claims (6)

1. 電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定する波頭速度分布推定装置であって、
   前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成する画像生成部と、
   前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出する極座標算出部と、
   前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出する直交座標算出部と、
   を備えていることを特徴とする、波頭速度分布推定装置。
2. 請求項１に記載の波頭速度分布推定装置において、
   前記第２所定値は、前記第１所定値を超える値として設定され、
   前記極座標算出部及び前記直交座標算出部は、前記対象エコーの前記エコー距離が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合、それぞれ、前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出し、
   前記対象エコーの前記エコー距離が前記第１所定値以上且つ前記第２所定値未満の場合に、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、及び前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルのそれぞれに、重み係数を乗算する乗算部と、
   それぞれに前記重み係数が乗算された、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、及び前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトル、を加算する加算部と、
   を更に備えていることを特徴とする、波頭速度分布推定装置。
3. 請求項２に記載の波頭速度分布推定装置において、
   前記対象エコーの前記エコー距離に応じて、前記重み係数を設定する重み係数設定部、を更に備えていることを特徴とする、波頭速度分布推定装置。
4. 請求項３に記載の波頭速度分布推定装置において、
   前記重み係数は、前記直交座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルに乗算される前記第１重み係数と、前記極座標算出部によって算出された波頭速度ベクトルに乗算される第２重み係数と、を有し、
   前記重み係数設定部は、前記第１重み係数を、前記対象エコーの前記エコー距離が長くなるにつれて大きくなるように決定し、前記第２重み係数を、前記対象エコーの前記エコー距離が長くなるにつれて小さくなるように設定することを特徴とする、波頭速度分布推定装置。
5. 電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定する波頭速度分布推定方法であって、
   前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成するステップと、
   前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、
   前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、
   を含むことを特徴とする、波頭速度分布推定方法。
6. 電波を送受信するアンテナが受信した受信信号に基づいて算出される複数のタイミングにおけるエコー画像から、水面の波頭の速度ベクトルである波頭速度ベクトルの分布を推定するための波頭速度分布推定プログラムであって、
   前記複数のタイミングのそれぞれにおいて、直交座標で表示された前記エコー画像である直交座標エコー画像と、極座標で表示された前記エコー画像である極座標エコー画像と、の双方を生成するステップと、
   前記エコー画像に含まれる、前記波頭速度ベクトルの算出対象となる対象エコー、の前記アンテナからの距離であるエコー距離が、第１所定値未満の場合、前記極座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、
   前記対象エコーの前記エコー距離が、前記第１所定値以上に設定された第２所定値以上の場合、前記直交座標エコー画像を用いて前記対象エコーの前記波頭速度ベクトルを算出するステップと、
   を含むことを特徴とする、波頭速度分布推定プログラム。

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