JP2015190784A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡素化を図ることのできるレーダ装置を得る。
【解決手段】周波数解析部３は、送信した電波と受信した電波の特徴差からドップラ周波数を推定する。ピーク検出部４は、ドップラ周波数成分を予め定めた閾値と比較することで、鏡面反射した受信電波の候補となるドップラ周波数成分を検出する。条件適合型ピーク選択部５は、ピーク検出部４で検出されたドップラ周波数成分の中から条件に適合するものを選択する。測角部６は、条件適合型ピーク選択部５で選択された受信電波の到来した方向を測角する。姿勢状態算出部７は、鏡面反射した電波により予め定められた物体の方向と、測角部６で求められた物体への方向とを用いてプラットホームの姿勢状態を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として移動体プラットホームに搭載されたレーダ装置に関し、特に、そのレーダ信号処理に関する。

レーダ信号処理方式はレーダ装置を基準とする座標軸で実施される。しかし、処理対象となる信号成分が３次元空間で表現される物体からの反射エコー等である場合、レーダ装置座標系と３次元空間座標系の相対関係が必要となる。この相対関係を表す係数に誤差が混入すると信号処理結果に処理誤差が発生する。

このような問題に対処するため、例えば特許文献１に示されるような従来のレーダ装置では、レーダ装置が搭載されたプラットホームの移動速度（または、それに准じる速度）を基準として観測データの選別処理を行っていた。この選別処理は、多様な物体の観測値の中から、所望物体の観測値を選び出す。選び出された観測値に対応する物体の物理特性に基づいて解析処理を行うことで、上記相対関係を表す係数の誤差を推定していた。

国際公開第２００６／０５１６０３号

しかしながら、上記従来のレーダ装置ではプラットホームの移動速度（または、それに准じる速度）を得る手段が必要となり、レーダ装置としての構成の複雑化を招くという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、プラットホームの移動速度やこれに類する速度情報を必要とせず、構成の簡素化を図ることのできるレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、３次元座標軸で特定される物体で鏡面反射した受信電波を選択するピーク選択部と、ピーク選択部で選択された受信電波の到来した方向を測角する測角部と、鏡面反射した電波により予め定められた物体の方向と、測角部で求められた物体への方向とを用いてプラットホームの姿勢状態を得る姿勢状態算出部とを備えたものである。

この発明のレーダ装置は、鏡面反射した電波により予め定められた物体の方向と、測角部で求められた物体への方向とを用いてプラットホームの姿勢状態を得るようにしたので、プラットホームの移動速度やこれに類する速度情報を必要とせず、構成の簡素化を図ることができる。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。

実施の形態１．
移動体プラットホームに搭載されたレーダ装置の座標系角度軸と、３次元空間座標系角度軸の相対関係を考える。３次元空間から見ると、この相対関係は移動体プラットホームの姿勢状態を表すパラメータに相当する。よって、以下の実施の形態では移動体プラットホームの姿勢状態を推定するものとして説明する。

地面や海面が存在する３次元空間において、移動体プラットホームに搭載されたレーダ装置では姿勢状態を考慮したレーダ信号処理が求められる場合がある。レーダ信号処理がレーダ装置の座標系角度軸を基準に行うため、姿勢状態を表すパラメータに誤差が含まれると、レーダ信号処理結果を３次元空間へ投影する際に誤差が生じる。同様に、３次元空間情報を用いてレーダ信号処理を行う場合はレーダ信号処理結果に誤差が生じる。
移動体プラットホームに搭載されたレーダ装置が姿勢状態の情報を保有することも想定されるが、移動体プラットホームの移動状態に変動がある場合は、姿勢状態の情報に誤差が生じる。この誤差に対処するには、移動状態の変動を計測するか、姿勢状態を計測する必要がある。

本発明は、姿勢状態を計測する構成である。姿勢状態を計測するために、地面や海面で反射したレーダ波のエコーを観測した観測値を用いる。特に、地面や海面へレーダ波の入射角が零をなる場合の観測値を用いる特徴を有する。入射角が零であると、鏡面反射によりエコーの電力が大きく、姿勢状態の計測精度が向上する。加えて、鏡面反射した電力は、エコーの電力が大きい特徴から、観測値に含まれる電力の中から入射角が零の成分であると判定できる。
また、地面や海面だけでなく、道路やトンネルの壁面など反射面が一様な構造物が存在する場合においても本発明は適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成図である。
図示のレーダ装置は、アンテナ１、データ観測部２、周波数解析部３、ピーク検出部４、条件適合型ピーク選択部５、測角部６、姿勢状態算出部７、出力部８を備える。
アンテナ１は、上述したエコーを観測するための受信アンテナである。レーダ装置であるため、電波を送信するための手段と送信アンテナも備えるが、送信側の構成が本発明の特徴点に直接関係しないため、その表示は省略している。データ観測部２は、アンテナ１へ入射したエコーの電力を、後段の周波数解析部３以降の信号処理手段で使用可能なデータセットに変換する手段である。周波数解析部３は、データ観測部２で得たデータセットを複数のドップラ周波数成分に分解する手段である。すなわち、送信した電波と受信した電波の特徴差からドップラ周波数を推定する。ピーク検出部４は、ドップラ周波数成分の大きさ分布において分布がピーク形状となり、かつ、大きさが予め設定した閾値を超えるドップラ周波数を特定する手段である。条件適合型ピーク選択部５では、ピーク検出部４から出力される複数のデータセットのうち、本実施の形態で注目する成分に適合するデータセットを１つ選択する手段である。測角部６は、条件適合型ピーク選択部５で選択した１つのデータセットの内部情報で測角処理を行う手段である。姿勢状態算出部７は、測角部６の出力である測角処理結果に基づいて、姿勢状態（または、姿勢状態の誤差）を算出する手段である。出力部８は、姿勢状態（または、姿勢状態の誤差）を他のアプリケーションへ出力する手段である。

本実施の形態では、条件適合型ピーク選択部５において、地面や海面で鏡面反射したレーダ波が小さなドップラ周波数成分で観測されることに基づいてピークの選択を行う。例えば、ピーク検出部４から出力された複数のデータセットのうち、ドップラ周波数が最小のもの、といったように設定値以下のいずれかを選択する。また、鏡面反射したレーダ波のドップラ周波数が概略値（基準値）として予め分かっていれば、この基準値に近いドップラ周波数をもつデータセットを選択してもよい。

地面や海面を観測する場合、レーダ波が鏡面反射するのはプラットホームの下方である。
このため、反射点を基準とする３次元座標でプラットホームの方向が定められる。逆に、プラットホームから見た反射点の方向はレーダ装置の測角部６により得られる。反射点からの方向とレーダ装置からの方向を統合することにより、３次元座標系角度軸とレーダ装置座標系角度軸が結びつく。さらに、プラットホームへレーダ装置が取り付けられている状態を加味すれば、姿勢状態を算出することができる。姿勢状態算出部７では、このような処理を行う。

従来の装置では、観測対象となる物体を一意に定めずに、観測範囲内に存在する物体の物理的特徴を観測し、この範囲内に得られる複数のデータセットをドップラ周波数と角度の関係として解析していた。このため、自機速度またはそれに類する情報を必要としていたが、本実施の形態では、このような情報を必要としない。

また、姿勢状態算出部７で得られる姿勢状態を表すパラメータの算出精度は、測角部６の角度推定精度に依存する。測角部６の角度推定精度は受信電波の電力に依存する。よって、姿勢状態に求められる情報精度を満たすために必要な電力に基づいて、ピーク検出部４における閾値を変更するようにしても良い。

プラットホームの姿勢状態は、地面や海面など３次元座標位置で表現される物体をレーダ装置で観測する際に必要となる。姿勢状態を得るためのセンサを別に備えることも可能であるが、センサ間の同期誤差が混入する可能性がある。よって、実施の形態１のように、レーダ装置で使用する姿勢状態をレーダ装置で得ることはセンサ間の同期誤差の観点からも有効である。

以上説明したように、実施の形態１のレーダ装置によれば、３次元座標軸で特定される物体で鏡面反射した受信電波を選択するピーク選択部と、ピーク選択部で選択された受信電波の到来した方向を測角する測角部と、鏡面反射した電波により予め定められた物体の方向と、測角部で求められた物体への方向とを用いてプラットホームの姿勢状態を得る姿勢状態算出部とを備えたので、プラットホームの移動速度やこれに類する速度情報を必要とせず、レーダ装置としての構成の簡素化を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、送信した電波と受信した電波の特徴差からドップラ周波数を推定する周波数分析部を備え、ピーク選択部は、周波数解析部が推定したドップラ周波数が設定値以下であるか、または、基準値との比較により鏡面反射した受信電波を選択するようにしたので、鏡面反射した受信電波の選択を容易に行うことができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、物体は、地面または海面であるようにしたので、鏡面反射する受信電波を容易かつ確実に得ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、物体は、天井、壁または床のいずれかであるようにしたので、鏡面反射する受信電波を容易かつ確実に得ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数分析部でドップラ周波数を推定した受信電波の電力を予め定めた閾値と比較することで、鏡面反射した受信電波を検出するピーク検出部を備え、ピーク選択部は、ピーク検出部で検出された受信電波の中から鏡面反射した受信電波を選択すると共に、ピーク検出部の閾値は、姿勢状態に要求される情報精度に応じて変更するようにしたので、要求される姿勢状態の精度に応じた出力値を得ることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ アンテナ、２ データ観測部、３ 周波数解析部、４ ピーク検出部、５ 条件適合型ピーク選択部、６ 測角部、７ 姿勢状態算出部、８ 出力部。

Claims (5)

1. ３次元座標軸で特定される物体で鏡面反射した受信電波を選択するピーク選択部と、
   前記ピーク選択部で選択された受信電波の到来した方向を測角する測角部と、
   前記鏡面反射した電波により予め定められた物体の方向と、前記測角部で求められた物体への方向とを用いてプラットホームの姿勢状態を得る姿勢状態算出部とを備えたレーダ装置。
2. 送信した電波と受信した電波の特徴差からドップラ周波数を推定する周波数分析部を備え、前記ピーク選択部は、前記周波数解析部が推定したドップラ周波数が設定値以下であるか、または、基準値との比較により鏡面反射した受信電波を選択することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 物体は、地面または海面であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
4. 物体は、天井、壁または床のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
5. 前記周波数分析部でドップラ周波数を推定した受信電波の電力を予め定めた閾値と比較することで、鏡面反射した受信電波を検出するピーク検出部を備え、
   前記ピーク選択部は、前記ピーク検出部で検出された受信電波の中から前記鏡面反射した受信電波を選択すると共に、
   前記ピーク検出部の閾値は、姿勢状態に要求される情報精度に応じて変更することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。

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