JP3612288B2

JP3612288B2 - 海洋レーダ

Info

Publication number: JP3612288B2
Application number: JP2001131832A
Authority: JP
Inventors: 康伸大森; 伸一坂井
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002323558A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、海洋における海流の速度を遠隔監視する海洋レーダに関するものである。
【０００２】
海洋レーダは、郵政省通信総合研究季報Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５の第３８３頁から第３９１頁に掲載された「海洋レーダのデータ処理」（梅原氏他）、およびオーム社発行の「地球観測計測」（岡本氏編著）１９９９年第１版の第２７４頁から第２８４頁に紹介されている。特にこの発明は、ＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ：周波数変調連続波）方式を用いた海洋レーダの特に受信データ処理に関するものである。ＦＭＩＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｓＷａｖｅ：周波数変調間欠的連続波）方式もあるが、これもＦＭＣＷ方式の一種であるので、この発明はこれらの何れの方式の海洋レーダにも適用される。
【０００３】
【従来の技術】
海洋レーダでは、海面にほぼ平行に、水平方向にＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダビームを照射し、その反射波に基づき、海面の速度、すなわち海流速度をドップラー速度として推定する。海流からの反射波は、図５に例示されるように、ビームの照射方向における海流速度をＶｄとしたとき、（−Ｖ０＋Ｖｄ）と（＋Ｖ０＋Ｖｄ）にピーク（−Ｐ）（＋Ｐ）を持つスペクトルを呈する。このＶ０は、予めレーダで設定した設定値であり、前記スペクトルのピークから求めた速度（−Ｖ０＋Ｖｄ）または（＋Ｖ０＋Ｖｄ）、もしくはそれらの速度の差から、海流速度Ｖｄの推定データを得ることができる。
【０００４】
海洋レーダでは、例えばレーダビームの照射方向に並ぶ等間隔の複数の区間、すなわち複数のレンジビン毎に海流のスペクトルが抽出され、ピークサーチ法などの方法により、各レンジビン毎に海流速度の推定データを得る。図６はこの海流速度Ｖｄの推定データを例示するもので、横軸は速度Ｖｄを、また縦軸はレーダからの距離をそれぞれ示し、小さい複数の丸Ｖ１からＶ１３が、各レンジビンにおける海流速度Ｖｄを示す。この図６は海流速度の速度分布が、連続的に変化している場合の典型的な例である。
【０００５】
しかし、あるレンジビンに相当する区間に、船などの観測対象でない物体が存在する場合、この物体から強い反射波（クラッタ）を受信し、海流からの反射波よりも強力な速度スペクトルを捕らえて、その速度を検出してしまう。図７はこのような場合における速度スペクトルの例を示し、この図７においてピーク（Ｐｃ）が前記物体からの反射波のピークである。このような場合に、ピークサーチ法などで、速度スペクトルの電力の強さに基づいて速度の推定データを得る際、図８に示すように、前記物体からのピーク値を誤って捕らえてしまい、目的とする海流速度推定データが得られない不都合が発生する。図８では、図６に示されていた複数の丸Ｖ５からＶ８の４つのデータが消失し、前記物体による４つのデータＣ５からＣ８が現れている。
【０００６】
一般に、前記ＦＭＣＷまたはＦＭＩＣＷ方式のレーダでは、周波数が掃引されて送信される送信信号の周波数によって受信信号を周波数変換し、距離に比例した周波数の信号を得ており、またこの信号をＦＦＴを用いた周波数選択性のフィルタなどを用いてレンジビン毎に抽出し、これをさらにレンジビン毎に、ある時間間隔毎にたとえばＦＦＴ法などで解析して図５に示すような、ドップラースペクトルを得ているが、一般に前記船などの物体によって誤って検出されるデータは、複数のレンジビンに亘って出現する。
【０００７】
観測するレンジビンの中に前記船などの観測対象ではない物体が進入した場合、図７のピーク（Ｐｃ）に示すように、その物体のドップラー速度Ｖｘのドップラースペクトルが受信される。そして、その強度が強い場合には、速度推定を行った結果、図８の場合には、海流速度Ｖｄに基づく速度推定データＶ５からＶ８ではなく、物体の速度Ｖｘによる（Ｖｘ−Ｖ０）に基づくクラッタ速度データＣ５からＣ８が誤って検出された結果となっている。１または２個のクラッタ速度データであれば、前後の海流速度推定データとの連続性、変化の滑らかさから、クラッタ速度データと判断することもできるが、図８のクラッタ速度データＣ５からＣ８のように、連続して４つのデータが誤って検出された場合、その前後の海流速度推定データＶ１からＶ４、およびデータＶ９からＶ１３との連続性や変化の滑らかさに基づいて、これらのクラッタ速度データＣ５からＣ８をクラッタ速度データと判断して除去することも困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような問題を解決し、クラッタ速度データを除去できる新規で改良された海洋レーダを提案するものである。
【０００９】
またこの発明は、クラッタ速度データを除去し、新たに海流速度推定データを付加できる新規で改良された海洋レーダを提案するものである。
【００１０】
【課題を解決する手段】
この発明による海洋レーダは、ビームの照射方向またはスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンにおける速度推定データに基づき海流の速度データを出力する海洋レーダであって、入り込むクラッタデータ数の予測最大値をＭとしたとき、（２Ｍ＋１）個以上のレンジビンからの前記速度推定データを、メディアンフィルタに供給して、海流の速度成分の代表値を抽出し、この代表値をクラッタフィルタに供給し、このクラッタフィルタが前記代表値から所定の閾値を越えた速度推定データをクラッタ成分として除去した海流の速度データを出力することを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明による海洋レーダは、前記クラッタ成分として除去された速度推定データに代わって、前記代表値から前記所定の閾値内に相当する部分で新たに速度推定データを再検出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明による海洋レーダは、ビームの照射方向またはスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンにおける速度推定データを蓄積した入力データブロックと、入力が前記入力データブロックに接続されたメディアンフィルタと、１つの入力が前記メディアンフィルタの出力に接続され他の入力が前記入力データブロックに接続されたクラッタフィルタと、前記クラッタフィルタの出力に接続された出力データブロックとを備えた海洋レーダであって、入り込むクラッタデータ数の予測最大値をＭとしたとき、（２Ｍ＋１）個以上のレンジビンからの前記速度推定データを、前記入力データブロックから前記メディアンフィルタに供給して、このメディアンフィルタから海流の速度成分の代表値を出力し、前記クラッタフィルタが、前記複数のレンジビンにおける速度推定データの中から、前記代表値から所定の閾値を越えた前記速度推定データをクラッタ成分として除去した海流の速度データを前記出力データブロックへ出力することを特徴とするものである。
【００１３】
さらにまた、この発明による海洋レーダは、さらに、１つの入力が前記入力データブロックに接続され他の入力が前記クラッタフィルタの出力に接続された速度再検出装置を備え、前記速度再検出装置が、前記クラッタ成分として除去された速度推定データに代わって、前記代表値から前記所定の閾値内に相当する部分で、前記入力データブロックからの速度推定データに基づき、新たに速度推定データを再検出し、この再検出された速度推定データを前記出力データブロックへ出力することを特徴とするものである。
【００１４】
【実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による海洋レーダのクラッタ除去装置１０を示すブロック図である。このクラッタ除去装置１０は、入力データブロック１１と出力データブロック１２との間に接続される。入力データブロック１１は、速度推定データを蓄積したブロックであり、この速度推定データは、レーダビームの照射方向に並んだ複数のレンジビンからの反射波のドップラー速度成分を抽出した速度推定データを含んだものである。例えば、各レンジビンから得られた図５、図７のドップラースペクトルのピーク値をピークサーチ法などによって抽出し、それぞれのレンジビンのピーク値から得られた図６、図８に示す速度推定データが蓄積される。
【００１５】
海面に船などの、観測対象でない物体がない場合には、図６に示すような海流速度推定データが入力データブロック１１からクラッタ除去装置１０へ入力される。一方、船などの物体がレーダビームの照射方向に存在する場合には、入力データブロック１１のデータには、海流速度の推定データＶ１からＶ１３に加えて、物体からの反射波に基づくクラッタ速度データＣ５からＣ８が含まれることとなる。
【００１６】
クラッタ除去装置１０は、メディアンフィルタ１３とクラッタフィルタ１４から構成されている。入力データブロック１１からの速度推定データは、メディアンフィルタ１３の入力端子１３ａに入力されるとともに、クラッタフィルタ１４の１つの入力端子１４ａにも併せて入力される。メディアンフィルタ１３の出力端子１３ｂはクラッタフィルタ１４のもう１つの入力端子１４ｂに接続され、クラッタフィルタ１４の出力端子１４ｃは出力データブロック１２に接続されている。
【００１７】
入力データブロック１１からの速度推定データを受けたメディアンフィルタ１３は、入力された速度推定データの中間速度Ｖｍを出力する。この中間速度Ｖｍは海流速度の代表値であって、クラッタフィルタ１４の入力端子１４ｂに供給される。クラッタフィルタ１４は、入力された中間速度Ｖｍを基準０にして、図２に示すように、その両側に閾値Ｖｗを持った上限速度（Ｖｍ＋Ｖｗ）と下限速度（Ｖｍ−Ｖｗ）を設定する。クラッタフィルタ１４は、入力された速度推定データの中、上限速度（Ｖｍ＋Ｖｗ）と下限速度（Ｖｍ−Ｖｗ）の間に速度値を持った速度推定データを通過させ、上限速度を上回る速度を持った速度推定データおよび下限速度を下回る速度を持った速度推定データを除去するように動作する。図２の例では、クラッタ速度データＣ５からＣ８は、上限速度を超える速度をもっているため、クラッタフィルタ１４で除去され、出力データブロック１２には、図３に示すように、クラッタ成分を含まない速度推定データＶ１からＶ４およびＶ９からＶ１３が出力される。
【００１８】
メディアンフィルタ１３は、入力された数値データを大きい順番、または小さい順番に並べ替えて、その順番の真中の数値データを中間値として出力する。例えば入力データブロック１１から入力された速度推定データが、９００、０、２、３、５の５つの数値データであると、小さい順番に並び替え、０、２、３、５、９００とし、その順番の真中、すなわち３番目の数値データ３を中間値Ｖｍとして出力する。この例で、数値データ０，２，３，５は海流速度の推定データ、９００が船などの速度推定データとすると、この中間値Ｖｍをクラッタフィルタ１４に供給することによって、船などの速度推定データがクラッタとして、有効に除去できる。
【００１９】
例えば、図２のようにクラッタデータが、Ｃ５からＣ８まで４つ連続する場合を想定すると、この４つのクラッタデータを除去するためには、海流の速度推定データが（４＋１）個以上必要になる。つまり、クラッタデータを含めて、（４×２＋１）個以上のレンジビンからのデータをメディアンフィルタ１３に入力するようにすれば、クラッタデータを有効に除去できる。実際には、入り込むクラッタデータ数の最大値Ｍを予測し、（２Ｍ＋１）のレンジビンからのデータをメディアンフィルタ１３に入力するように設定される。
【００２０】
実施の形態２．
図４はこの発明による海洋レーダのクラッタ除去装置１０Ａを示す。このクラッタ除去装置１０Ａは、メディアンフィルタ１３、クラッタフィルタ１４に加えて、速度再検出装置１５、および選択器１６が設けられている。速度再検出装置１５は２つの入力端子１５ａ、１５ｂと１つの出力端子１５ｃを有し、入力端子１５ａには入力データブロック１１からの速度推定データが供給され、もう一つの入力端子１５ｂはクラッタフィルタ１４の出力端子１４ｄに接続されている。選択器１６は、２つの入力端子１６ａ、１６ｂと１つの出力端子１６ｃを有する。入力端子１６ａはクラッタフィルタ１４の出力端子１４ｃに、また入力端子１６ｂは速度再検出装置１５の出力端子１５ｃにそれぞれ接続され、またその出力端子１６ｃは出力データブロック１２に接続されている。
【００２１】
クラッタフィルタ１４の出力端子１４ｃには、図３に示すように、クラッタ速度データＣ５からＣ８を除去した速度データＶ１からＶ４およびＶ９からＶ１３が出力されるが、クラッタフィルタ１４がクラッタ速度データＣ５からＣ８を検出した場合には、クラッタフィルタ１４ｃからの出力はなく、代わって出力端子１４ｄから、クラッタデータを除去したことを示す除去信号が出力される。この除去信号は速度再検出装置１５の入力端子１５ｂに供給され、速度再検出装置１５はこの除去信号により、上限速度（Ｖｍ＋Ｖｗ）と下限速度（Ｖｍ−Ｖｗ）の範囲内で、入力端子１５ａに供給された速度推定データの再検出を行い、クラッタデータＣ５からＣ８によって消えていた速度推定データＶ５からＶ８を検出して、出力する。
【００２２】
選択器１６は、クラッタフィルタ１４の出力端子１４ｃに速度データＶ１からＶ４およびＶ９からＶ１３が出力される場合には、そのデータを出力データブロック１２へ出力し、また速度再検出装置１５が速度データＶ５からＶ８を出力する場合には、この速度データを出力データブロック１２へ出力する。
【００２３】
この実施の形態２によれば、クラッタデータＣ５からＣ８のために、消失していた速度データＶ５からＶ８を速度再検出装置１５によって得ることができ、より正しい海流データを得ることができる。
【００２４】
実施の形態３．
実施の形態１はレーダビームの照射方向に並ぶ複数のレンジビンについて、クラッタ速度データを除去するものであるが、レーダビームのスキャン方向でも同様の効果が得られる。一般にレーダビームのスキャン方向の特性は滑らかであり、点状の物体でもビームのスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンに影響を与え、スキャン方向に連続してクラッタ速度データが現れることがある。実施の形態３は、同じ距離でレーダビームのスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンについての速度データに対して、図１と同じクラッタ除去装置１０を利用して、クラッタデータを除去するものである。
【００２５】
実施の形態４．
実施の形態２はレーダビームの照射方向に並ぶ複数のレンジビンについて、クラッタ速度データを除去し、またそのクラッタ速度データが検出された場合に速度データを再検出するものであるが、レーダビームのスキャン方向でも同様の効果が得られる。一般にレーダビームのスキャン方向の特性は滑らかであり、点状の物体でもビームのスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンに影響を与え、スキャン方向に連続してクラッタ速度データが現れることがある。実施の形態３は、同じ距離でレーダビームのスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンについての速度データに対して、図２と同じクラッタ除去装置１０を利用して、クラッタデータを除去し、またそのクラッタ速度データが検出された場合に速度データを再検出するものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明による海洋レーダはビームの照射方向またはスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンにおける速度推定データをメディアンフィルタに供給して、海流速度成分の代表値を抽出し、この代表値から所定の閾値を越えた速度推定データをクラッタ成分として除去するものである。このようにメディアンフィルタを利用して、クラッタフィルタが所望の速度を選択する効果を向上させ、より正確な海流速度データを得ることができる。
【００２７】
また、除去された速度推定データに代わって、前記代表値から前記所定の閾値内に相当する部分で新たに速度推定データを再検出された速度推定データを付加したことにより正確な海流速度データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による海洋レーダの実施の形態１におけるクラッタ除去装置のブロック図。
【図２】実施の形態１のクラッタ除去装置に入力される速度推定データの分布図。
【図３】実施の形態１のクラッタ除去装置から出力される速度推定データの分布図。
【図４】この発明による海洋レーダの実施の形態２におけるクラッタ除去装置のブロック図。
【図５】海洋レーダにおける海流速度のスペクトルデータ。
【図６】海洋レーダの海流速度のスペクトルデータから得られる速度推定データの分布図。
【図７】海洋レーダにおけるクラッタを含んだ海流速度のスペクトルデータ。
【図８】海洋レーダにおけるクラッタを含んだ海流速度のスペクトルデータから得られる速度推定データの分布図。
【符号の説明】
１０，１０Ａクラッタ除去装置、１３メディアンフィルタ、１４クラッタフィルタ、１５速度再検出装置、１６選択器。

Claims

ビームの照射方向またはスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンにおける速度推定データに基づき海流の速度データを出力する海洋レーダであって、入り込むクラッタデータ数の予測最大値をＭとしたとき、（２Ｍ＋１）個以上のレンジビンからの前記速度推定データを、メディアンフィルタに供給して、海流の速度成分の代表値を抽出し、この代表値をクラッタフィルタに供給し、このクラッタフィルタが前記代表値から所定の閾値を越えた速度推定データをクラッタ成分として除去した海流の速度データを出力することを特徴とする海洋レーダ。
請求項１記載の海洋レーダであって、前記クラッタ成分として除去された速度推定データに代わって、前記代表値から前記所定の閾値内に相当する部分で新たに速度推定データを再検出することを特徴とする海洋レーダ。
ビームの照射方向またはスキャン方向に並ぶ複数のレンジビンにおける速度推定データを蓄積した入力データブロックと、入力が前記入力データブロックに接続されたメディアンフィルタと、１つの入力が前記メディアンフィルタの出力に接続され他の入力が前記入力データブロックに接続されたクラッタフィルタと、前記クラッタフィルタの出力に接続された出力データブロックとを備えた海洋レーダであって、入り込むクラッタデータ数の予測最大値をＭとしたとき、（２Ｍ＋１）個以上のレンジビンからの前記速度推定データを、前記入力データブロックから前記メディアンフィルタに供給して、このメディアンフィルタから海流の速度成分の代表値を出力し、前記クラッタフィルタが、前記複数のレンジビンにおける速度推定データの中から、前記代表値から所定の閾値を越えた前記速度推定データをクラッタ成分として除去した海流の速度データを前記出力データブロックへ出力することを特徴とする海洋レーダ。
請求項３記載の海洋レーダであって、さらに、１つの入力が前記入力データブロックに接続され他の入力が前記クラッタフィルタの出力に接続された速度再検出装置を備え、前記速度再検出装置が、前記クラッタ成分として除去された速度推定データに代わって、前記代表値から前記所定の閾値内に相当する部分で、前記入力データブロックからの速度推定データに基づき、新たに速度推定データを再検出し、この再検出された速度推定データを前記出力データブロックへ出力することを特徴とする海洋レーダ。