JP2018025484A - レーダービデオ処理装置及びレーダービデオ表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＰＩ形式で液晶ディスプレイにスイープ線を表示させる際に、回転するスイープ線が複数描かれているように見えてしまうことを軽減することが可能なレーダービデオ処理装置及びレーダービデオ表示システムを提供する。【解決手段】 実施形態によれば、レーダービデオ処理装置は、データバッファ、座標変換部、画像データ生成部、画像合成部、及び表示制御部を具備する。画像データ生成部は、レーダーアンテナの指向方向に沿った領域から前記レーダーアンテナの回転方向とは逆方向に徐々に小さくなるように輝度が設定される扇形画像データを、前記更新タイミングに従って生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レーダービデオ処理装置及びレーダービデオ表示システムに関する。

レーダー装置により取得されるレーダーエコー信号に含まれる情報を表示する方法として、ＰＰＩ（plan position indication）方式が挙げられる。ＰＰＩ方式では、例えばスイープ線が液晶ディスプレイに表示される。スイープ線は、レーダーアンテナの回転の中心位置からの電波の送信方向、すなわちレーダーアンテナの向きを模擬的に表す直線である。スイープ線は、液晶ディスプレイ上では、例えばレーダーアンテナの回転に伴い所定の角速度で回転して見えるように表示される。ＰＰＩ方式では、液晶ディスプレイ上の表示は、例えば液晶ディスプレイの垂直同期タイミングを制御するために設定される周波数６０Ｈｚの更新頻度、すなわち約１６．６７ｍｓに１回の頻度に合わせて更新される。これにより、液晶ディスプレイは、利用者にスイープ線が滑らかに回転して見えるようにしている。

飛行場付近に設置されるレーダー装置では、例えばレーダーアンテナは、所定の回転速度で回転する。回転速度は、例えば１５ｒｐｍ（revolutions per minute）であり、レーダーアンテナは、約４秒で一回転する。このとき、スイープ線は、レーダーアンテナの回転速度で回転して見えるように表示される。具体的には、例えばレーダーアンテナが一回転する約４秒の間に、液晶ディスプレイの表示は約１６．６７ｍｓに１回の頻度で更新される。これにより、液晶ディスプレイには、一回転当り２４０本のスイープ線が描画されることになり、その回転角度の間隔は１．５度となる。なお、回転の中心からみた最遠端における、回転角度の間隔１．５度に相当するスイープ線の表示間隔は、例えば直線の長さが１０２４ドットで表示されるスイープ線の場合、約２６ドットとなる。

しかしながら、スイープ線の表示を１．５度間隔（約２６ドット間隔）、かつ、６０Ｈｚで更新すると、利用者の目には、回転するスイープ線が複数描かれているように見えてしまう。

特開２０１１−１２３６０３号公報

目的は、ＰＰＩ形式で液晶ディスプレイにスイープ線を表示させる際に、回転するスイープ線が複数描かれているように見えてしまうことを軽減することが可能なレーダービデオ処理装置及びレーダービデオ表示システムを提供することにある。

実施形態によれば、レーダービデオ処理装置は、データバッファ、座標変換部、画像データ生成部、画像合成部、及び表示制御部を具備する。データバッファは、レーダーエコー信号を保存し、液晶ディスプレイの画面表示に係る更新タイミングに従って前記保存するレーダーエコー信号を出力する。座標変換部は、前記データバッファから出力されるレーダーエコー信号を前記液晶ディスプレイの表示形式に準じた座標系に変換することで、レーダーエコー画像データを生成する。画像データ生成部は、レーダーアンテナの指向方向に沿った領域から前記レーダーアンテナの回転方向とは逆方向に徐々に値が小さくなるように輝度が設定される扇形画像データを、前記更新タイミングに従って生成する。画像合成部は、前記レーダーエコー画像データ及び前記扇形画像データを合成し、合成画像データを生成する。表示制御部は、前記レーダーエコー画像データの生成及び前記扇形画像データの生成の契機となる同期信号を生成し、前記合成画像データを重畳画像として前記液晶ディスプレイに表示させる。

図１は、実施形態に係るレーダービデオ表示システムの機能構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係るレーダービデオ処理装置が液晶ディスプレイに重畳画像を表示させる際の動作を示すフローチャートである。 図３は、実施形態に係る画像データ生成部が生成する扇形画像データを表す図である。 図４は、実施形態に係る液晶ディスプレイで表示される重畳画像を表す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係るレーダービデオ表示システム１００の機能構成を示すブロック図である。図１に示されるレーダービデオ表示システム１００は、レーダー装置１、レーダービデオ処理装置２、及び、液晶ディスプレイ３を具備する。

レーダー装置１は、レーダーアンテナ１１、送信部１２、受信部１３、及び制御部１４を備える。レーダーアンテナ１１は、所定の回転速度（例えば、１５ｒｐｍ）で回転しながら、パルス信号の送受信を行う。送信部１２は、レーダーアンテナ１１を介して例えば所定のＰＲＦ（Plus Repetition Frequency）でパルス信号を送信する。受信部１３は、送信されたパルス信号が物標、すなわちエコー源で反射して戻ってきたレーダーエコー信号を、レーダーアンテナ１１を介して受信する。受信されたレーダーエコー信号は、レーダービデオ処理装置２へ出力される。

制御部１４は、送信部１２に対して、送信するパルス信号の生成タイミング等を指示する。また、制御部１４は、レーダーアンテナ１１の向き、すなわち指向方向に関する角度信号をレーダービデオ処理装置２へ出力する。角度信号には、例えば所定の軸を基準としたレーダーアンテナ１１の回転の中心位置からの向きを表す角度θ_１が含まれる。

レーダービデオ処理装置２は、液晶ディスプレイ３の画面表示に係る更新タイミングに従って、レーダー装置１から出力されるレーダーエコー信号に基づいて把握される物標の位置等を、液晶ディスプレイ３に表示させる。

レーダービデオ処理装置２は、Ａ／Ｄ変換器２１、データバッファ２２、座標変換部２３、画像データ生成部２４、画像合成部２５、及び、表示制御部２６を有する。

Ａ／Ｄ変換器２１は、レーダー装置１より出力されたレーダーエコー信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号には、例えばレーダーアンテナ１１の回転の中心位置から物標までの距離ｒ、当該物標よりレーダーエコー信号を受信したときの所定の軸を基準としたレーダーアンテナ１１の回転の中心位置からの向きを表す角度θ_２、及び当該物標からのレーダーエコー信号の強度が含まれる。なお、レーダーエコー信号の強度は、液晶ディスプレイ３上にレーダーエコー信号の強度を表示させる際の輝度に対応する。デジタル信号は、データバッファ２２に出力される。

データバッファ２２は、Ａ／Ｄ変換器２１より出力されたデジタル信号を一時的に保存する。データバッファ２２は、表示制御部２６から出力される垂直同期信号に応じて保存したデジタル信号を座標変換部２３へ出力する。なお、データバッファ２２は、例えば垂直同期信号の入力間隔に相当する時間の間に、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるデジタル信号を保存可能な容量を有し、当該容量を超える場合は、古いものから上書き可能に構成されてもよい。

座標変換部２３は、例えばメモリを有するＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現される。座標変換部２３は、データバッファ２２から出力されたデジタル信号を、極座標形式で表される情報から直交座標形式で表される情報に変換する。極座標は、例えば距離ｒと、角度θ_２とで表される物標の位置を表す座標（ｒ,θ_２）である。直交座標は、液晶ディスプレイ３の表示形式に準じた座標系に対応する座標であり、例えばレーダーアンテナ１１の回転の中心位置を原点とする物標の位置を表す座標（ｘ,ｙ）である。物標の位置を表す座標を極座標形式から直交座標形式に変換することにより、レーダーエコー画像データが生成される。

画像データ生成部２４は、例えばメモリを有するＦＰＧＡにより実現される。画像データ生成部２４は、表示制御部２６から出力される垂直同期信号に応じて、レーダー装置１から出力される角度信号を用いて液晶ディスプレイ３に扇形画像を表示させるための扇形画像データを生成する。具体的には、扇形画像データは、第１の方向と、第２の方向とに挟まれた扇形形状に、所定の輝度が割り当てられてなる。第１及び第２の方向は、レーダーアンテナ１１の回転の中心位置からの電波の送信方向、すなわち、レーダーアンテナ１１の指向方向を表す。第１の方向は、表示制御部２６から出力される垂直同期信号を受信した際に取得される角度信号により規定される。一方、第２の方向は、一つ前の更新タイミング、すなわち、表示制御部２６から１つ前に出力された垂直同期信号を受信した際に取得される角度信号により規定される。

画像合成部２５は、例えばメモリを有するＦＰＧＡにより実現される。画像合成部２５は、座標変換部２３により生成されるレーダーエコー画像データ及び画像データ生成部２４により生成される扇形画像データを合成し、合成画像データを生成する。これにより、レーダーエコー画像に扇形画像が重畳されることになる。生成された合成画像データは、表示制御部２６に出力される。

表示制御部２６は、例えばグラフィックボードにより実現される。表示制御部２６は、画像合成部２５から出力された合成画像データを液晶ディスプレイ３に表示するためのビデオ信号に変換する。これにより、液晶ディスプレイ３の各画素に、合成画像データにより設定される輝度が割り当てられることになる。ビデオ信号は、液晶ディスプレイ３に出力される。

また、表示制御部２６は、液晶ディスプレイ３の画面表示に係る更新タイミングと同期する周期で、データバッファ２２及び画像データ生成部２４における処理の開始のトリガとなる垂直同期信号を発生させる。発生された垂直同期信号は、データバッファ２２及び画像データ生成部２４へ出力される。

液晶ディスプレイ３は、レーダービデオ処理装置２より出力されたビデオ信号に従い、重畳画像を表示する。

次に、本実施形態の動作について説明する。図２は、実施形態に係るレーダービデオ処理装置２が液晶ディスプレイ３に重畳画像を表示させる際の動作を示すフローチャートの例である。以下では、液晶ディスプレイ３の表示画面が６０Ｈｚ（１６．６７ｍｓ）で更新される場合を例に説明する。

まず、レーダービデオ処理装置２は、レーダー装置１より出力されたレーダーエコー信号を受信する。また、レーダービデオ処理装置２は、レーダー装置１より出力された角度信号を受信する（ステップＳ１）。

レーダービデオ処理装置２のＡ／Ｄ変換器２１は、レーダー装置１より出力されたレーダーエコー信号をデジタル信号に変換する（ステップＳ２）。変換されたデジタル信号は、データバッファ２２に出力される。

データバッファ２２は、Ａ／Ｄ変換器２１で変換されたデジタル信号を保存する。また、画像データ生成部２４は、レーダー装置１から出力される角度信号を受信する（ステップＳ３）。データバッファ２２は、表示制御部２６により発生される垂直同期信号が入力されるまで、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されたデジタル信号を累積して保存する（ステップＳ４のＮｏ）。

垂直同期信号が入力されると（ステップＳ４のＹｅｓ）、データバッファ２２は、座標変換部２３へ、液晶ディスプレイ３の画面表示の更新周期である１６．６７ｍｓの間に保存されたデジタル信号を出力する。続いて、座標変換部２３は、デジタル信号に含まれる物標の位置を表す座標を、極座標形式から直交座標形式に変換する。これにより、レーダーエコー画像データが生成される（ステップＳ５）。

また、画像データ生成部２４は、垂直同期信号が入力されると（ステップＳ４のＹｅｓ）、垂直同期信号を受信したときにレーダー装置１から供給された角度信号を用いて扇形画像データを生成する（ステップＳ５）。以下、図３を用いて扇形画像データの具体的な生成方法について説明する。

図３は、本実施形態に係る画像データ生成部２４が生成する扇形画像データの例を示す図である。扇形画像データは、第１の方向と、第２の方向とに挟まれた所定の半径を有する扇形形状を有する。第１の方向は、図２に示されるように、表示制御部２６から出力される垂直同期信号を受信した際のレーダーアンテナ１１の指向方向である角度θ_１１により規定される。また、第２の方向は、図２に示されるように、表示制御部２６から一つ前に出力された垂直同期信号を受信した際のレーダーアンテナ１１の指向方向である角度θ_１２により規定される。なお、本説明において、レーダーアンテナ１１の指向方向は、図３におけるｙ軸を基準としている。

図２において、扇形の輝度は、その回転方向とは逆方向に徐々に値が小さくなる、すなわち第１の方向から第２の方向へ徐々に減光するように設定される。具体的には、扇形の輝度は、例えば、第１の方向に沿った線上で最大となり、第２の方向に沿った線上で０となるように徐々に減光される。なお、扇形の輝度は、第１の方向から第２の方向へ向けて一定の勾配で減光するように設定されてもよいし、第１の方向から第２の方向へ段階的に減光されてもよい。

第１の方向から第２の方向へ段階的に減光する場合、画像データ生成部２４は、図２に示されるように、第１の方向と第２の方向とに挟まれる領域を、例えば５つの扇形領域に分割する。図２に示される扇形画像の中心角を表す角度α（α＝θ_１１−θ_１２）は、例えば、レーダーアンテナ１１の回転速度が１５ｒｐｍである場合、１．５度である。このとき、分割された各扇形領域の中心角は約０．３度となる。画像データ生成部２４は、同一の扇方領域の輝度が同一となり、かつ、第１の方向に沿った扇形領域から第２の方向に沿った扇形領域へ、扇形領域の輝度が段階的に減少するように輝度を設定する。

画像合成部２５は、座標変換部２３により生成されるレーダーエコー画像データと、画像データ生成部２４により生成される扇形画像データとを合成し、合成画像データを生成する（ステップＳ６）。生成された合成画像データは、表示制御部２６に出力される。

表示制御部２６は、画像合成部２５から出力された合成画像データを、重畳画像として液晶ディスプレイ３に表示するためのビデオ信号に変換する（ステップＳ７）。

表示制御部２６は、変換したビデオ信号を液晶ディスプレイ３に出力し、重畳画像を表示する（ステップＳ８）。図４は、実施形態に係る液晶ディスプレイ３で表示される重畳画像の例を表す図である。

以上のように、本実施形態によれば、データバッファ２２は、レーダーエコー信号を保存し、液晶ディスプレイ３の画面表示に係る更新タイミングに従って、保存するレーダーエコー信号を出力する。画像データ生成部２４は、レーダーアンテナ１１の指向方向に沿った領域からレーダーアンテナ１１の回転方向と逆方向へ徐々に値が小さくなるように輝度が設定される扇形画像データを、更新タイミングに従って生成する。画像合成部２５は、レーダーエコー画像データ及び扇形画像データを合成し、合成画像データを生成する。そして、表示制御部２６は、画像合成部２５により生成された合成画像データを重畳画像として液晶ディスプレイ３に表示させるようにしている。これにより、現在認識しているレーダーアンテナ１１の指向方向と、直前の更新タイミングで認識されたレーダーアンテナ１１の指向方向との間に存在する画素に所定の輝度が割り当てられることになる。すなわち、従来の装置では存在していた、最新のスイープ線と、過去に引かれたスイープ線との間の隙間が存在しなくなり、かつ、回転方向の残光が模擬されることになる。次の更新タイミングでは、先に扇形画像が表示されていた領域には、扇形画像は描画されず、本来のエコー画像が表示されることになる。そのため、本実施形態に係るレーダービデオ処理装置２による処理が利用者に与える違和感は少ない。

したがって、本実施形態に係るレーダービデオ処理装置２によれば、レーダーアンテナ１１の指向方向を表すスイープ線の液晶ディスプレイ上での回転運動を、利用者に、違和感なく、自然に認識させることができる。すなわち、レーダービデオ処理装置２は、ＰＰＩ形式で液晶ディスプレイにスイープ線を表示させる際に、回転するスイープ線が複数描かれているように見えてしまうことを軽減することができる。

また、液晶ディスプレイでは、ディスプレイの各ドットが直交座標に配置されている。そのため、液晶ディスプレイで傾いた線を描画しようとすると、ジャギーを含むことになる。このため、角度がわずかに異なる直線を、隙間を空けて描こうとすると、モアレが生じ、利用者にはざらついた線として見えてしまう。本実施形態に係るレーダービデオ処理装置２によれば、従来の装置では存在していた、最新のスイープ線と、過去に引かれたスイープ線との間の隙間に所定の輝度の扇形が描画される。このため、モアレの発生も抑えることができ、レーダーアンテナ１１の指向方向を表すスイープ線がざらついて見える現象を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、画像データ生成部２４は、更新タイミングに基づく１周期の間に、レーダーアンテナ１１の指向方向が変動した回転角度に応じた大きさで扇形画像データを生成するようにしている。これにより、扇形画像が表示される領域を最小限に抑えることが可能になる。したがって、本実施形態に係るレーダービデオ処理装置２の処理により利用者に違和感を感じさせる可能性をより抑えることができる。

［他の実施形態］
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、座標変換部２３、画像データ生成部２４、及び、画像合成部２５は、それぞれ独立したＦＰＧＡにより処理される構成としたが、座標変換部２３、画像データ生成部２４、及び、画像合成部２５は、例えば共通の一つの処理信号部によるソフトウェア処理により実現される構成としてもよい。

また、上記実施形態では、レーダービデオ処理装置２に設けられるＡ／Ｄ変換器２１が、レーダー装置１から出力されるレーダーエコー信号をデジタル信号に変換する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。Ａ／Ｄ変換器２１は、レーダー装置１に設けられていてもよい。このとき、レーダー装置１に設けられるＡ／Ｄ変換器２１は、レーダーエコー信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号をレーダービデオ処理装置２へ出力する。

また、上記実施形態では、座標変換部２３、画像データ生成部２４、及び、画像合成部２５の機能を実現するためにＦＰＧＡを備えていたが、これに限定されない。ＦＰＧＡは、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、及び複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ））等の回路で置換えてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…レーダー装置、２…レーダービデオ処理装置、３…液晶ディスプレイ、１１…レーダーアンテナ、１２…送信部、１３…受信部、１４…制御部、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…データバッファ、２３…座標変換部、２４…画像データ生成部、２５…画像合成部、２６…表示制御部、１００…レーダービデオ表示システム。

Claims (3)

1. レーダーエコー信号を保存し、液晶ディスプレイの画面表示に係る更新タイミングに従って前記保存するレーダーエコー信号を出力するデータバッファと、
   前記データバッファから出力されるレーダーエコー信号を前記液晶ディスプレイの表示形式に準じた座標系に変換することで、レーダーエコー画像データを生成する座標変換部と、
   レーダーアンテナの指向方向に沿った領域から前記レーダーアンテナの回転方向とは逆方向に徐々に小さくなるように輝度が設定される扇形画像データを、前記更新タイミングに従って生成する画像データ生成部と、
   前記レーダーエコー画像データ及び前記扇形画像データを合成し、合成画像データを生成する画像合成部と、
   前記合成画像データを重畳画像として前記液晶ディスプレイに表示させる表示制御部と
   を具備するレーダービデオ処理装置。
2. 前記画像データ生成部は、前記更新タイミングに基づく１周期の間に、前記指向方向が変動した回転角度に応じた大きさで前記扇形画像データを生成する請求項１に記載のレーダービデオ処理装置。
3. レーダーエコー信号を受信し、前記レーダーエコー信号及びレーダーアンテナの指向方向に関する角度信号を出力するレーダー装置と、
   前記レーダー装置から出力される前記レーダーエコー信号及び前記角度信号に基づいて、所定の表示形式に準じた合成画像データを生成するレーダービデオ処理装置と、
   所定の更新タイミングに従って、前記合成画像データを重畳画像として表示する液晶ディスプレイと
   を具備し、
   前記レーダービデオ処理装置は、
   前記レーダー装置から出力される前記レーダーエコー信号を保存し、前記更新タイミングに従って、前記保存するレーダーエコー信号を出力するデータバッファと、
   前記データバッファから出力される前記レーダーエコー信号を前記表示形式に準じた座標系に変換し、レーダーエコー画像データを生成する座標変換部と、
   前記角度信号に基づき、前記レーダーアンテナの指向方向に沿った領域から前記レーダーアンテナの回転方向とは逆方向に徐々に小さくなるように輝度が設定される扇形画像データを、前記更新タイミングに従って生成する画像データ生成部と、
   前記レーダーエコー画像データ及び前記扇形画像データを合成し、前記合成画像データを生成する画像合成部と、
   前記合成画像データを前記重畳画像として前記液晶ディスプレイに表示させる表示制御部と
   を備えるレーダービデオ表示システム。