JP2015014472A - エコー信号処理装置、波浪レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】エコー信号情報を算出する算出部に大きな計算負荷をかけることなく、エコー信号情報を適切に算出する。
【解決手段】風向を検出する風向検出部１２ａと、アンテナ４で受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成する画像生成部１１と、エコー画像内に含まれ、エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、風向検出部１２ａで検出された風向に基づいて決定する解析領域決定部２０と、複数のエコー画像のそれぞれに含まれる解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、エコー信号情報を算出する算出部１６と、を備えたエコー信号処理装置１０ａを構成する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、アンテナで受信されたエコー信号に関する情報を算出するエコー信号処理装置、波浪レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムに関する。

従来より、アンテナで受信されたエコー信号から、当該エコー信号に関する情報を算出するように構成されたエコー信号処理装置が知られている。例えば、特許文献１には、波浪の到来する角度方向からの信号を適宜処理することにより、波高、波長等の波浪情報（エコー信号情報）を算出可能なレーダ式波高測定装置が開示されている。

特開平２−１０２８６号公報

ところで、上記装置でエコー信号情報を算出するためには、前提として、波浪の到来する角度（波向）をセンサ等によって検出する必要がある。よって、センサ等で波向が検出できない場合、エコー信号情報を算出することができない。一方、波向が検出できなくとも、全方位に亘ってエコー信号情報を算出することも考えられるが、この場合、エコー信号情報を算出する算出部に大きな計算負荷がかかってしまう。

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、エコー信号情報を算出する算出部に大きな計算負荷をかけることなく、エコー信号情報を適切に算出することである。

（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信号処理装置は、風向を検出する風向検出部と、アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成する画像生成部と、前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、前記風向検出部で検出された風向に基づいて決定する解析領域決定部と、複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出する算出部と、を備えている。

（２）好ましくは、前記信号処理装置は、風向及び風速を検出する前記風向検出部としての風向風速検出部を備え、前記解析領域決定部は、前記解析領域の位置を、前記風向風速検出部で検出された風向及び風速に基づいて決定する。

（３）更に好ましくは、前記解析領域決定部は、前記風速が、第１所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、前記風速が、前記第１所定値未満、且つ前記第１所定値未満に設定される第２所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における複数箇所のそれぞれに対応するエコー強度に基づいて決定し、前記風速が、前記第２所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させる。

（４）更に好ましくは、前記解析領域決定部は、前記風速が、前記第１所定値未満且つ前記第２所定値以上の場合、前記解析領域の候補となる候補領域を前記エコー画像内の複数箇所に決定するとともに、複数の前記候補領域のそれぞれに対応するエコー強度を算出し、最も前記エコー強度が高い候補領域を、前記解析領域として決定する。

（５）好ましくは、前記解析領域決定部は、前記風速が、第１所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、前記風速が、前記第１所定値未満、且つ前記第１所定値未満に設定される第２所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における所定位置に決定し、前記風速が、前記第２所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させる。

（６）好ましくは、前記解析領域決定部は、前記風速が所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、前記風速が所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における複数箇所のそれぞれに対応するエコー強度に基づいて、又は、前記エコー画像における所定位置に、決定する。

（７）好ましくは、前記解析領域決定部は、前記風速が所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、前記風速が所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させる。

（８）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浪レーダ装置は、アンテナと、前記アンテナで受信された海面からのエコー信号に基づき、該エコー信号に関する情報であるエコー信号情報としての波浪情報を算出する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエコー信号処理装置と、前記エコー信号処理装置で算出された前記波浪情報を表示する表示部と、を備えている。

（９）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係るエコー信号処理方法は、風向を検出するステップと、アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成するステップと、前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、風向を検出するステップで検出された風向に基づいて決定するステップと、複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出するステップと、を含む。

（１０）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係るエコー信号処理プログラムは、風向を検出するステップと、アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成するステップと、前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、風向を検出するステップで検出された風向に基づいて決定するステップと、複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出するステップと、を含む。

本発明によれば、エコー信号情報を算出する算出部に大きな計算負荷をかけることなく、エコー信号情報を適切に算出できる。

本発明の実施形態に係る波浪レーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す波浪レーダ装置の表示器の表示例の一例を示す図である。 解析領域決定部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って、候補領域の設定について説明するための図である。 自船を中心とした水平領域を示す図であって、解析領域の設定について説明するための図である。 図１に示すエコー信号処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 解析領域決定部の動作を説明するためのフローチャートであって、図６に示すフローチャートのステップＳ１０の動作を詳細に説明するためのものである。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る波浪レーダ装置の構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態に係るエコー信号処理装置１０、及びエコー信号処理装置１０を備える波浪レーダ装置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波浪レーダ装置１は、例えば船舶等に搭載される。波浪レーダ装置１は、海面からの反射波をエコー画像として生成し、これを表示可能に構成されている。また、本実施形態に係る波浪レーダ装置１では、エコー信号処理装置１０が、海面からの反射波を解析し、波の向き、波の高さ等の波浪情報（エコー信号情報）を算出す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波浪レーダ装置１の構成を示すブロック図である。波浪レーダ装置１は、図１に示すように、アンテナユニット２と、エコー信号処理装置１０と、表示器３と、を備えている。

アンテナユニット２は、アンテナ４と、受信部５と、Ａ／Ｄ変換部６と、を含んでいる。

アンテナ４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４は、海面からのエコー信号（反射波）を受信するように構成されている。即ち、アンテナ４は、海面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。波浪レーダ装置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、波浪レーダ装置１は、波浪の波頭までの距離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４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４は、パルス状電波の送信方向を変えながら（アンテナ４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、波浪レーダ装置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。本実施形態のアンテナ４は、例えば一例として、４８ｒｐｍで回転する。この場合、アンテナ４は、１．２５秒で１回転する。なお、アンテナ４は、上述のように水平面上で機械的に回転するアンテナに限らず、複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の位相を制御することで電波の送受信方向を水平面上で回転させるように構成されたフェイズドアレイアンテナであってもよい。また、アンテナ４は、複数のホーンアンテナを有し、各ホーンアンテナが向いている方向を探索するように構成されたアンテナであってもよい。

受信部５は、アンテナ４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４で受信された信号のうち、アンテナ４からの送信信号に対する、海面での反射波である。受信部５は、増幅したエコー信号を、Ａ／Ｄ変換部６へ出力する。Ａ／Ｄ変換部６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４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６は、エコーデータを、エコー信号処理装置１０へ出力する。

エコー信号処理装置１０は、Ａ／Ｄ変換部６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エコー画像を生成する。また、エコー信号処理装置１０は、上記エコー画像から、波浪情報を算出する。エコー信号処理装置１０の構成及び動作については、詳しくは後述する。

図２は、表示器３の表示例の一例を示す図である。表示器３は、図２に示すように、エコー信号処理装置１０で生成されたエコー画像と、エコー信号処理装置１０で算出された波浪情報（波の周期、波向、波高等）とを表示する。表示器３には、所定時刻毎に生成されるエコー画像が、順次、表示される。これにより、ユーザは、自船位置付近における波浪の状態を知ることができる。なお、図２のエコー画像において表示されている矩形は、詳しくは後述するが、エコー信号を解析して波浪情報を算出する対象となる解析領域を示している。

［エコー信号処理装置の構成］
エコー信号処理装置１０は、図１に示すように、画像生成部１１と、風向風速計１２（風向風速検出部）と、解析領域決定部１３と、解析領域画像抽出部１４と、記憶部１５と、算出部１６と、を備えている。エコー信号処理装置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、エコー信号処理装置１０は、ＲＯＭに記憶されたエコー信号処理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。

上記エコー信号処理プログラムは、本発明の一実施形態におけるエコー信号処理方法を、エコー信号処理装置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、エコー信号処理装置１０を、画像生成部１１、風向風速計１２、解析領域決定部１３、解析領域画像抽出部１４、記憶部１５、及び算出部１６として機能させることができる。

画像生成部１１は、Ａ／Ｄ変換部６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エコー画像を生成する。画像生成部１１は、アンテナ４が１回転する毎に１枚のエコー画像を生成することにより、複数のタイミングにおける前記エコー画像を生成する。本実施形態では、画像生成部１１は、例えば一例として、１．２５秒毎に１枚のエコー画像を生成する。画像生成部１１で生成された複数のエコー画像は、順次、表示器３及び解析領域決定部１３に出力される。

風向風速計１２は、風向及び風速を計測するためのものである。風向風速計１２は、本実施形態に係る波浪レーダ装置１が搭載される自船における、周囲に風を遮る障害物がない場所に設置される。

図３は、解析領域決定部１３の構成を示すブロック図である。また、図４及び図５は、自船を中心とした水平領域を示す図であって、解析領域の設定について説明するための図である。解析領域決定部１３は、波浪情報を算出する対象となる領域（解析領域）を、風向風速計１２で計測された風向及び風速に基づいて決定する。

解析領域決定部１３は、図３に示すように、比較部１３ａと、エコー強度算出部１３ｂと、決定部１３ｃと、を有している。

比較部１３ａは、風向風速計１２で計測された風速ｖを、予め記憶されている閾値と比較する。比較部１３ａには、閾値として、第１所定値ｖ_１及び第２所定値ｖ_２が記憶されている。第１所定値ｖ_１及び第２所定値ｖ_２は、実験等によって予め設定された値である。

ここで、第１所定値ｖ_１及び第２所定値ｖ_２について、具体的に説明する。

アンテナで波浪からの反射エコーを受信する場合、アンテナの向きを波浪の進行方向に対向する向きにすると、反射強度の強いエコー信号を得ることができる。また、ある程度以上の風速の場合、波浪の進行方向は、風向きと概ね一致する。すなわち、風速がある程度以上であれば、波浪情報の解析対象となる解析領域を、自船に対する風向の上流側に設定すると、波浪情報を算出するのに十分な強度のエコー信号を得やすくなる。本実施形態では、第１所定値ｖ_１は、上述したある程度の風速（風向と波浪の進行方向とが概ね一致する程度の風速、例えば一例として５ｍ／ｓ）に設定される。

一方、風速がある程度以下になると、風浪が弱くなるため、波浪情報を算出するのに十分な強度のエコー信号を得ることが困難になる。本実施形態では、第２所定値ｖ_２は、このような小さな風速値（例えば一例として３ｍ／ｓ）に設定される。

エコー強度算出部１３ｂは、風向風速計１２で計測された風速ｖが、第１所定値ｖ_１未満且つ第２所定値ｖ_２以上の場合（比較部１３ａでの比較結果がｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合）、以下のような処理を行う。具体的には、エコー強度算出部１３ｂは、自船を基準とした所定距離離れた位置に、所定角度（例えば４５度）間隔となるように候補領域Ａ_１〜Ａ_８を設定する（図４参照）。そして、これら複数の候補領域Ａ_１〜Ａ_８のそれぞれにおいてエコー信号のレベル（強度）を導出する。このエコー強度は、例えば一例として、各候補領域Ａ_１〜Ａ_８の全地点におけるエコー信号のレベルの平均値とすることができる。しかし、上記エコー強度は、これに限らず、各候補領域Ａ_１〜Ａ_８における所定範囲のエコー信号のレベルの平均値であってもよい。なお、上述した候補領域の間隔は、４５度でなくともよく、その他の角度、例えば９０度であってもよい。これにより、エコー強度算出部１３ｂの計算負荷を軽減できる。

決定部１３ｃは、比較部１３ａでの比較結果に応じて、解析領域Ａを決定する。具体的には、比較部１３ａでの比較結果がｖ_１≦ｖの場合、決定部１３ｃは、自船から所定距離離れた風上側（自船に対する風向の上流側）の所定領域を、解析領域Ａとして決定する（図５参照）。また、決定部１３ｃは、比較部１３ａでの比較結果がｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合、エコー強度算出部１３ｂで算出されたエコー強度が最も高い候補領域を、解析領域Ａとして決定する。また、決定部１３ｃは、比較部１３ａでの比較結果がｖ＜ｖ_２の場合、波浪レーダ装置１の出荷時において予め設定された、又はユーザが予め決定した所定位置の領域であるデフォルト位置を、解析領域Ａとして設定する。デフォルト位置としては、例えば一例として、自船に対して所定方位に所定距離離れた位置が設定される。

解析領域画像抽出部１４は、画像生成部１１から順次出力される複数のエコー画像のそれぞれの中から、解析領域決定部１３で決定された解析領域Ａ内のエコー画像を解析領域画像Ａ（ｔ_ａ）（ａ＝１，２，…）として抽出する。解析領域画像抽出部１４は、このようにして抽出した複数の解析領域画像Ａ（ｔ_ａ）を、順次、記憶部１５へ出力する。

記憶部１５は、解析領域画像抽出部１４で順次抽出された、各解析領域Ａにおける複数の解析領域画像Ａ（ｔ_１），Ａ（ｔ_２），…を記憶する。記憶部１５は、記憶している解析領域画像の枚数が所定の枚数（例えば、３２枚）に達すると、これらの画像を全て、算出部１６へ出力する。

算出部１６は、記憶部１５から出力された所定枚数の解析領域画像Ａ（ｔ_１），Ａ（ｔ_２），…のエコーデータに基づき、解析領域Ａにおける波浪情報を算出する。具体的には、算出部１６は、所定枚数の解析領域画像Ａ（ｔ_１），Ａ（ｔ_２），…のエコーデータに３次元ＦＦＴを適用することにより、波の速さ、波の向き、波の高さ等の情報を、波浪情報として算出する。なお、本実施形態では、３次元ＦＦＴを用いることにより波浪情報を算出しているが、これに限らず、その他の手法を用いてもよい。例えば、２次元ＦＦＴ、又はＭＵＳＩＣ法等を用いて、波浪情報を算出してもよい。また、上述した各手法を用いた具体的な波浪情報の算出については、公知であるため、詳細な説明を省略する。

［エコー信号処理装置の動作］
図６は、エコー信号処理装置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、波浪情報を算出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、アンテナ４が１回転する毎に、自船を中心とした所定範囲内におけるエコー画像を生成する。このように生成される複数のエコー画像は、順次、解析領域画像抽出部１４へ出力される（ステップＳ２）。

一方、ステップＳ９で、風向風速計１２は、風向及び風速を測定する。

次に、ステップＳ１０で、解析領域決定部１３は、ステップＳ９で検出された風向及び風速に基づいて、解析領域Ａを決定する。このステップＳ１０については、詳しくは後述する。

また、ステップＳ３で、解析領域画像抽出部１４は、ステップＳ２で順次出力されるエコー画像において、ステップＳ１０で決定された解析領域Ａ内のエコー画像を、解析領域画像Ａ（ｔ_ａ）として順次、抽出する。

次にステップＳ４で、解析領域画像抽出部１４は、ステップＳ３で抽出された解析領域画像Ａ（ｔ_ａ）を、順次、記憶部１５に出力する（ステップＳ４）。

記憶部１５は、解析領域画像抽出部１４から順次出力される解析領域画像Ａ（ｔ_ａ）を記憶する（ステップＳ５）。そして、記憶部１５は、所定枚数（例えば、３２枚）に到達した解析領域画像Ａ（ｔ_１），Ａ（ｔ_２），…，Ａ（ｔ_３２）を、算出部１６に出力する（ステップＳ６）。

そして、ステップＳ７で、算出部１６は、記憶部１５から出力された所定枚数の解析領域画像Ａ（ｔ_１），Ａ（ｔ_２），…，Ａ（ｔ_３２）に基づき、３次元ＦＦＴを用いて波浪情報を算出する。このようにして算出された波浪情報は、図２に示すように、随時新しい情報に更新されるエコー画像及び解析領域とともに、表示器３に表示される（ステップＳ８）。

なお、解析領域Ａが、上述したデフォルト位置に決定されている場合、表示器３には、表示される波浪情報の確度が低い旨の表示もなされる（ステップＳ８ａ）。

また、ステップＳ９では、風向風速計１２は随時、風向及び風速を計測し、解析領域決定部１３は、ステップＳ１０で、これらに基づいて解析領域Ａをその都度、決定する。そして、ステップＳ３からステップＳ７で、随時決定される解析領域から波浪情報が算出され、ステップＳ８で、このように算出される波浪情報が、算出される度に表示器に表示される。これにより、ユーザは、最新の波浪情報を知ることができる。

なお、記憶部１５に所定枚数の解析領域画像が記憶される前に、風向又は風速の変化に伴い解析領域の位置が変化した場合であっても、位置が変化する前の解析領域において、所定枚数の解析領域画像が記憶されるまで、解析領域画像が抽出される。

［解析領域設定時におけるエコー信号処理装置の動作］
図７は、ステップＳ１０でのエコー信号処理装置１０の動作について説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１１で、解析領域決定部１３は、風向風速計１２で計測された風速に応じて、以降に行う処理を決定する。

具体的には、ステップＳ１１で風速ｖが第１所定値ｖ_１以上の場合（図７におけるｖ_１≦ｖの場合）、解析領域決定部１３は、自船から所定距離離れた風上側の所定領域を、解析領域Ａとして決定する（ステップＳ１２）。具体的には、例えば一例として、解析領域決定部１３は、風向風速計１２で計測された、風が吹いてくる方向に、解析領域Ａを設定する。

一方、ステップＳ１１で風速ｖが第２所定値ｖ_２未満の場合（図７におけるｖ≦ｖ_２の場合）、解析領域決定部１３は、デフォルト位置を解析領域として決定する（ステップＳ１６）。

また、ステップＳ１１で、風速が第１所定値ｖ_１未満且つ第２所定値ｖ_２以上の場合（図７におけるｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合）、次に、ステップＳ１３で、エコー強度算出部１３ｂは、自船を基準とした所定距離離れた位置に、所定角度間隔となるように候補領域Ａ_１〜Ａ_８を設定する（図４参照）。

次に、エコー強度算出部１３ｂは、各候補領域Ａ_１〜Ａ_８の全地点におけるエコー信号の平均値を算出し（ステップＳ１４）、当該平均値が最も高い候補領域を解析領域Ａとして決定する（ステップＳ１５）。

上述のように解析領域Ａが決定された後（ステップＳ１２、ステップＳ１５、又はステップＳ１６）、ステップＳ３以降の処理によって波浪情報が算出される。

ところで、自船付近におけるより正確な波浪情報を得ようとした場合、自船付近の全領域に亘って波浪情報を算出するのが好ましい。しかしこの場合、波浪情報を算出する算出部に大きな計算負荷がかかってしまい、現実的ではない。従って、算出部の計算負荷を低減しつつ、適切な波浪情報を得るためには、自船位置に対する適切な位置に、具体的には、できるだけ反射強度が強いエコー信号を得ることができる位置に、解析領域を設定すればよい。

アンテナで波浪からの反射エコーを受信する場合、アンテナの向きを波浪の進行方向に対向する向きにすると、反射強度の強いエコー信号を得ることができる。一方、波浪には、風が吹く方向に向かって進行する風浪成分が含まれている。すなわち、波浪情報の解析対象となる解析領域Ａを風向に応じて設定すると、風向に関係なく解析領域を設定する場合（例えば一例として、船首方向に解析領域を設定する場合）と比べると、反射強度の強いエコー信号を得ることができる。

よって、本実施形態に係るエコー信号処理装置１０のように、波浪情報（波速、波向等）の算出対象となる領域である解析領域Ａを風向に応じて決定することで、算出部１６に大きな計算負荷をかけることなく、解析領域Ａを適切に決定できる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係るエコー信号処理装置１０では、風向風速計１２で計測された風向に応じて、波浪情報（波速、波向等）の算出対象となる領域である解析領域Ａを決定している。これにより、算出部に大きな計算負荷をかけることなく、解析領域Ａを適切に決定できる。

従って、エコー信号処理装置１０によれば、算出部１６に大きな計算負荷をかけることなく、波浪情報を適切に算出できる。

また、エコー信号処理装置１０では、風向だけでなく、風速にも基づいて解析領域Ａを決定している。上述のように、風速がある程度以上に大きくなると、波の進行方向と風向とが概ね一致する。よって、風向だけでなく、風速にも基づいて解析領域Ａを設定することで、より適切に解析領域Ａを設定することができる。

また、エコー信号処理装置１０では、風速が第１所定値以上の場合、解析領域Ａの位置を、自船に対する風向の上流側に決定している。

アンテナで波浪からの反射エコーを受信する場合、アンテナの向きを波浪の進行方向に対向する向きにすると、反射強度の強いエコー信号を得ることができる。また、ある程度以上の風速の場合、波浪の進行方向は、風向きと概ね一致する。よって、波浪の進行方向と風向きとが概ね一致する程度の風速として設定された第１所定値以上の場合に、解析領域Ａの位置を自船に対する風向の上流側に決定することで、波浪情報を解析するのに十分な強度のエコー信号を得ることができる。

また、エコー信号処理装置１０では、風速が第１所定値未満且つ第２所定値以上の場合、複数の候補領域Ａ_１〜Ａ_８の中から、エコー強度に応じて解析領域Ａを決定している。こうすると、波浪の高さが比較的低く、十分な強度のエコー信号を得にくい環境であっても、複数の候補領域Ａ_１〜Ａ_８の中から、エコー強度に応じた適切な解析領域Ａを決定することができる。

また、エコー信号処理装置１０では、風速が第１所定値未満且つ第２所定値以上の場合、複数の候補領域Ａ_１〜Ａ_８の中から、エコー強度の平均値が最も高い領域を解析領域Ａとして決定しているため、より適切な解析領域Ａを決定することができる。

また、エコー信号処理装置１０では、風速が第２所定値未満の場合、解析領域決定部１３が解析領域Ａをデフォルト位置として当該解析領域Ａの波浪情報を算出し、表示器３にその波浪情報の確度が低い旨の何らかの警告表示がなされる。

風速が微風になると、波面からマイクロ波散乱を引き起こす凹凸であるさざ波がなくなるため、波浪情報を算出するために必要な強度のエコーを得ることが非常に困難になる。一方で、風速が微風で波浪の高さが低い場合には、船舶は、波浪による影響（転覆等）を受けにくくなる。すなわち、海上が微風の場合には、危険性が低くなる。よって、上述のように、風速が、微風程度の風速に設定される第２所定値未満の場合のような、波浪情報の確度が低いときに、算出部による波浪情報の確度が低い旨の何らかの警告を表示器３に表示することで、ユーザは、当該波浪情報の確度が低いことを適切に認識できる。

また、本実施形態に係る波浪レーダ装置１では、算出部１６に大きな計算負荷をかけることなく、波浪情報を適切に算出できるエコー信号処理装置１０を備えた波浪レーダ装置を提供できる。また、波浪レーダ装置１では、エコー信号処理装置１０で算出された波速及び波高等が表示器３に表示されるため、ユーザに適切に波浪情報を認識させることができる。

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８は、変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部１７の構成を示すブロック図である。また、図９は、解析領域決定部１７の動作について説明するためのフローチャートである。以下では、図８及び図９を参照して、解析領域決定部１７の構成及び動作について説明する。

図８に示すように、本変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部１７は、上記実施形態の解析領域決定部１３と比べて、エコー強度算出部１３ｂが省略された構成となっている。すなわち、本変形例の解析領域決定部１７は、比較部１３ａと、決定部１７ｃと、を備えている。

比較部１３ａは、上記実施形態の比較部１３ａと同様、風向風速計１２で計測された風速ｖを、予め記憶されている第１所定値ｖ_１及び第２所定値ｖ_２と比較する。第１所定値ｖ_１及び第２所定値ｖ_２の値は、上記実施形態の場合と同じであり、それぞれ、５ｍ／ｓ、３ｍ／ｓに設定されている。

決定部１７ｃは、比較部１３ａでの比較結果がｖ_１≦ｖの場合及びｖ＜ｖ_２の場合、上記実施形態の場合と同様に、解析領域Ａを決定し又は決定しない。具体的には、決定部１７ｃは、ｖ_１≦ｖの場合、自船から所定距離離れた風上側（自船に対する風向の上流側）の所定領域を、解析領域Ａとして決定する（図９のステップＳ１２）。一方、決定部１７ｃは、ｖ＜ｖ_２の場合、デフォルト位置を解析領域Ａとして決定する（図９のステップＳ１６）。

決定部１７ｃは、比較部１３ａでの比較結果がｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合、上記実施形態とは異なるアプローチで解析領域Ａを決定する。具体的には、決定部１７ｃは、ｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合、自船から所定距離離れた所定方向に、解析領域Ａを決定する（ステップＳ１５ａ）。例えば一例として、決定部１７ｃは、自船の進行方向に向かって自船から所定距離離れた位置に、解析領域Ａを決定する。このように、ｖ_２≦ｖ＜ｖ_１の場合、上記実施形態の場合とは異なり、自船に対する所定位置（エコー画像に対する所定位置）に解析領域Ａを決定することで、エコー強度算出部１３ｂを省略することができる。これにより、解析領域決定部１７にかかる計算負荷を低減できる。

（２）図１０は、変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部１８の構成を示すブロック図である。また、図１１は、解析領域決定部１８の動作について説明するためのフローチャートである。以下では、図１０及び図１１を参照して、解析領域決定部１８の構成及び動作について説明する。

比較部１８ａは、上記実施形態の場合と同様、風向風速計１２で計測された風速ｖを、予め記憶されている閾値と比較する。本変形例では、比較部１８ａには、閾値として、上記実施形態の場合とは異なり、１つの所定値ｖ_ｔｈが記憶されている。この所定値ｖ_ｔｈは、上記実施形態の第１所定値ｖ_１のようにして決定してもよいし、第２所定値ｖ_２のようにして決定してもよい。

エコー強度算出部１８ｂは、比較部１８ａでの比較結果がｖ＜ｖ_ｔｈの場合、自船を基準とした所定距離離れた位置に、所定角度間隔となるように候補領域Ａ_１〜Ａ_８を設定し（図１１のステップＳ１３）、これら複数の候補領域Ａ_１〜Ａ_８のそれぞれにおいてエコー強度を導出する（図１１のステップＳ１４）。

決定部１８ｃは、比較部１３ａでの比較結果がｖ_ｔｈ≦ｖの場合、自船から所定距離離れた風上側（自船に対する風向の上流側）の所定領域を、解析領域Ａとして決定する（図１１のステップＳ１２）。一方、決定部１８ｃは、比較部１８ａでの比較結果がｖ＜ｖ_ｔｈの場合、エコー強度算出部１８ｂで算出されたエコー強度が最も高い候補領域を、解析領域Ａとして決定する（図１１のステップＳ１５）。

（３）図１２は、変形例に係る波浪レーダ装置の解析領域決定部１９の構成を示すブロック図である。また、図１３は、解析領域決定部１９の動作について説明するためのフローチャートである。以下では、図１２及び図１３を参照して、解析領域決定部１９の構成及び動作について説明する。

比較部１９ａは、上記実施形態の場合と同様、風向風速計１２で計測された風速ｖを、予め記憶されている閾値と比較する。本変形例では、比較部１９ａには、閾値として、上記実施形態の場合とは異なり、１つの所定値ｖ_ｔｈが記憶されている。

決定部１９ｃは、比較部１９ａでの比較結果がｖ_ｔｈ≦ｖの場合、自船から所定距離離れた風上側（自船に対する風向の上流側）の所定領域を、解析領域Ａとして決定する（図１３のステップＳ１２）。一方、決定部１９ｃは、比較部１９ａでの比較結果がｖ＜ｖ_ｔｈの場合、自船から所定距離離れた所定方向に、解析領域Ａを決定する（図１３のステップＳ１５ａ）。

なお、本変形例において、決定部１９ｃは、比較部１９ａでの比較結果がｖ＜ｖ_ｔｈの場合、デフォルト位置を解析領域Ａとして決定してもよい（図１４参照）。

（４）上記実施形態及び上述した各変形例に係る波浪レーダ装置では、解析領域Ａを、自船の全方位に亘って設定可能なように構成したが、これに限らない。具体的には、解析領域Ａが自船の船尾方向に設定されるような場合（例えば、風速が第１所定値ｖ_１以上の風が船尾方向から吹いてきている場合）、解析領域Ａを、船尾方向からずらして（一例として９０度ずらして）設定するように、波浪レーダ装置を構成してもよい。

航行する船の船尾方向には、船のスクリューによって生成される気泡、及び引き波等が発生する。よって、船尾方向に解析領域Ａを設定しても、これらによって正確な波浪情報が算出しにくくなる場合がある。

これに対して、本変形例のように、解析領域Ａが船尾方向からずらして設定されるように波浪レーダ装置を構成することで、船尾方向に発生する上記気泡及び引き波等の影響を低減でき、より正確な波浪情報を算出することが可能になる。

（５）図１５は、変形例に係る波浪レーダ装置１ａの構成を示すブロック図である。本変形例に係る波浪レーダ装置１ａは、上記実施形態における風向風速計１２の代わりに、風向計１２ａ（風向検出部）を備えている。風向計１２ａは、風向を検出可能なように構成されている。また、本変形例に係る波浪レーダ装置１ａは、上記実施形態の場合と比べて、解析領域決定部２０の構成が異なっている。

本変形例の解析領域決定部２０は、風速に関係なく、風向に応じて、解析領域Ａを決定するように構成されている。具体的には、解析領域決定部２０は、自船に対する風向の上流側に、解析領域Ａを決定する。このように、風速に関係なく風速に応じて解析領域Ａを決定しても、算出部１６に大きな計算負荷をかけることなく、波浪情報を適切に算出可能な解析領域Ａを決定できる。

（６）上記実施形態では、風向及び風速に基づいて解析領域Ａを決定したが、より好ましくは、エクマン吹送流（エクマン流）にも基づいて解析領域を決定した方がよい。一般的に、陸地から十分離れた外洋においては、エクマン吹送流の影響により、風向に対して４５度程度右方向（但し北半球の場合。南半球では４５度程度左方向）に表層流の向きがずれる。このため、自船から見て風向に対して４５度程度右方に解析領域を設定することが望ましい。

本発明は、アンテナで受信されたエコー信号に関する情報を算出するエコー信号処理装置、波浪レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムにして広く適用することができる。

１，１ａ 波浪レーダ装置
４ アンテナ
１０，１０ａ エコー信号処理装置
１１ 画像生成部
１２ 風向風速計（風向風速検出部）
１２ａ 風向計（風向検出部）
１３，１７，１８，１９，２０ 解析領域決定部
１６ 算出部

Claims (10)

1. 風向を検出する風向検出部と、
   アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成する画像生成部と、
   前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、前記風向検出部で検出された風向に基づいて決定する解析領域決定部と、
   複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出する算出部と、
   を備えていることを特徴とする、エコー信号処理装置。
2. 請求項１に記載のエコー信号処理装置において、
   風向及び風速を検出する前記風向検出部としての風向風速検出部を備え、
   前記解析領域決定部は、前記解析領域の位置を、前記風向風速検出部で検出された風向及び風速に基づいて決定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
3. 請求項２に記載のエコー信号処理装置において、
   前記解析領域決定部は、
   前記風速が、第１所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、
   前記風速が、前記第１所定値未満、且つ前記第１所定値未満に設定される第２所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における複数箇所のそれぞれに対応するエコー強度に基づいて決定し、
   前記風速が、前記第２所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させることを特徴とする、エコー信号処理装置。
4. 請求項３に記載のエコー信号処理装置において、
   前記解析領域決定部は、前記風速が、前記第１所定値未満且つ前記第２所定値以上の場合、前記解析領域の候補となる候補領域を前記エコー画像内の複数箇所に決定するとともに、複数の前記候補領域のそれぞれに対応するエコー強度を算出し、最も前記エコー強度が高い候補領域を、前記解析領域として決定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
5. 請求項２に記載のエコー信号処理装置において、
   前記解析領域決定部は、
   前記風速が、第１所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、
   前記風速が、前記第１所定値未満、且つ前記第１所定値未満に設定される第２所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における所定位置に決定し、
   前記風速が、前記第２所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させることを特徴とする、エコー信号処理装置。
6. 請求項２に記載のエコー信号処理装置において、
   前記解析領域決定部は、
   前記風速が所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、
   前記風速が所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、前記エコー画像における複数箇所のそれぞれに対応するエコー強度に基づいて、又は、前記エコー画像における所定位置に、決定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
7. 請求項２に記載のエコー信号処理装置において、
   前記解析領域決定部は、
   前記風速が所定値以上の場合、前記解析領域の位置を、前記風向検出部に対する前記風向の上流側に決定し、
   前記風速が所定値未満の場合、前記解析領域の位置を、予め決定されたデフォルト位置に決定し、前記算出部は、該デフォルト位置に決定された解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて算出したエコー信号情報、の確度が低い旨を表示部に表示させることを特徴とする、エコー信号処理装置。
8. アンテナと、
   前記アンテナで受信された海面からのエコー信号に基づき、該エコー信号に関する情報であるエコー信号情報としての波浪情報を算出する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエコー信号処理装置と、
   前記エコー信号処理装置で算出された前記波浪情報を表示する表示部と、
   を備えていることを特徴とする、波浪レーダ装置。
9. 風向を検出するステップと、
   アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成するステップと、
   前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、風向を検出するステップで検出された風向に基づいて決定するステップと、
   複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする、エコー信号処理方法。
10. 風向を検出するステップと、
    アンテナで受信されたエコー信号から、複数のタイミングにおけるエコー画像を生成するステップと、
    前記エコー画像内に含まれ、前記エコー信号に関する情報であるエコー信号情報が算出される領域である解析領域の位置を、風向を検出するステップで検出された風向に基づいて決定するステップと、
    複数の前記エコー画像のそれぞれに含まれる、前記解析領域内のエコー画像のエコーデータに基づいて、前記エコー信号情報を算出するステップと、
    を含むことを特徴とする、エコー信号処理プログラム。

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