JP3696502B2 - レーダ映像表示方法およびレーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ回転により得られた受信信号をメモリに書き込むとともに、メモリの内容をラスタスキャン方式で読み出してＣＲＴなどの表示器に表示させる船舶用レーダに関し、島などの固定物標のスキャン間処理を適正に行うことが出来るレーダ映像表示方法およびレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナ回転により得られた受信信号をメモリに書き込むとともに、メモリの内容をラスタスキャン方式で読み出してＣＲＴなどの表示器に表示させる、従来の船舶用レーダの全体構成図を、図４に示す。
【０００３】
図４において、アンテナ部１内の受信機から出力される受信信号はＡ／Ｄ変換回路２にて量子化されディジタル信号に変換される。このディジタル化された受信信号はスイープメモリ３に時系列に一旦記憶される。このスイープメモリ３に記憶された受信信号は、現在エコーデータとして、スキャン間処理回路４に入力される。
【０００４】
一方、アンテナ回転信号発生回路１４からアンテナ角度に同期したパルス信号、ジャイロなどの自船の回頭による針路を出力するジャイロインターフェース回路１７の信号、および時間データとから距離角度信号制御回路１５にて角度信号、距離信号を発生させる。この角度信号および距離信号と、速度情報入力回路１８から得られる船速情報とを合わせて座標変換回路１６に入力し、座標変換回路１６から書き込みアドレスを発生する。
【０００５】
なお、ＣＰＵ回路２０は、各種装置の制御を行うものであり、距離角度信号制御回路１５，ジャイロインターフェース回路１７，速度情報入力回路１８，送受信機制御回路１９、グラフィック制御回路２１等にそれぞれ制御信号を供給する。送受信機制御回路１９はレーダの送受信機の制御を行うものであり、グラフィック制御回路２１は画面上に表示される各種表示データなどのグラフィック文字などをグラフィックフレームメモリ２２に描画する。
【０００６】
処理表示メモリ５は、座標変換回路１６からの書き込みアドレスを受けて、記憶されている１スキャン前のエコーデータを読み出し、スキャン間処理回路４に入力する。スキャン間処理回路４では、入力された１スキャン前のエコーデータと、スイープメモリ３からの現在のエコーデータとに基づいてスキャン相関処理を行い、物標検出確率を向上するなどの処理を行い、その処理済みのデータを書き込みアドレスにしたがって、処理表示メモリ５に再書き込みする。
【０００７】
処理表示メモリ５に書き込まれたエコーデータおよびグラフィックフレームメモリ２２のグラフィック表示データは、Ｄ／Ａ変換回路２３でアナログ信号に変換されて、ＣＲＴ表示器２４に表示される。
【０００８】
座標変換回路１６は、極座標−直交座標変換、すなわちその時点のスイープメモリ３からの時系列データの極座標を、アンテナの方位、自船の進路、自船の位置、指定される表示モードに基づいて、直交座標（Ｘ，Ｙ）からなる処理表示メモリ５の書き込みアドレスに変換するものである。これによりスイープメモリ３からの時系列データと１スキャン前のエコーデータとのスキャン相関処理、および処理表示メモリ５へのデータの書き込みが可能になる。
【０００９】
この座標変換回路１６の座標変換は、次式に基づいて行われる。
Ｘ＝ＸＣ＋Ｒｓｉｎθ
Ｙ＝ＹＣ＋Ｒｃｏｓθ
但し、ＸＣ：変換開始Ｘ座標、ＹＣ：変換開始Ｙ座標、θ：変換時角度、
Ｒ：距離、Ｘ：変換Ｘ座標、Ｙ：変換Ｙ座標
【００１０】
ここでこの変換時角度θが、指定された方向表示モード、すなわちヘッドアップ表示モード（以下、ＨＵＰ）であるか、ノースアップ表示モード（以下、ＮＵＰ）であるか、コースアップ表示モード（以下、ＣＵＰ）であるか、さらには自船の回頭にしたがって随時変化させる必要がある。
【００１１】
通常、この変換時角度θは、各方向表示モードによって次のようになる。
ＨＵＰ＝ＡＮＴ
ＮＵＰ＝ＡＮＴ＋ＧＹＲＯ
ＣＵＰ＝ＡＮＴ＋ＧＹＲＯ−ＣＯＵＲＳＥ
但し、ＡＮＴ：アンテナの向いている方位、ＧＹＲＯ：ジャイロなどの絶対方位、ＣＯＵＲＳＥ：リセット時の自船の針路
【００１２】
方向表示モードには、以上の３種類がある。ＨＵＰでは、表示画面の真上が自船の舳先と一致する。したがって、自船のブリッジから観測者が眺めているのと同じ表示をしている。つまり、固定物標などは、自船が回頭するとその回頭した方向と反対の方向へ回転したように表示される。
【００１３】
ＮＵＰでは、表示画面の真上が常に北を指す。つまり、島などの固定物標は、自船の回頭に関係なく、その表示される画面上の位置が固定される。
【００１４】
ＣＵＰでは、表示画面の真上が、ＣＵＰのリセットスイッチなどで方位固定した瞬間の針路となる。したがって、この方位固定した瞬間はＨＵＰの表示と同じであるが、船が回頭するとその影響はＮＵＰと同様な表示となる。
【００１５】
この３つの方向表示モードで、ＣＵＰとＮＵＰは固定物標が表示画面に固定され、ＨＵＰでは自船の回頭にしたがって固定物標は別の位置に表示される表示であるといえる。
【００１６】
これら方向表示モードとは別に、自船が移動した場合に、自船の位置を固定して表示するか、或いは自船位置の表示を動かして表示するかによって、運動表示モードが、相対運動表示モード（以下、ＲＭ）と真運動表示モード（以下、ＴＭ）の２種類に分けられる。
【００１７】
ＲＭは、自船表示位置（座標変換の中心）を固定して表示する方式で、自船の移動に伴って、固定物標が自船の移動と逆方向に相対的に移動して表示される方式である。このＲＭでは、通常ブリッジで観測者が自分の周りの景色を見回すのと同様の映像が表示される。
【００１８】
ＴＭは、自船表示位置を自船の移動（距離、方向）にしたがって移動させて表示する方式で、固定物標は表示位置で固定して表示される。ＴＭでは、海図上に自船が移動した方向と距離に応じて移動して表示される。
【００１９】
したがって、船舶用レーダの表示方式としては、方向表示モードのＨＵＰ，ＮＵＰ，ＣＵＰと、運動表示モードのＲＭ、ＴＭとの組み合わせで、例えば、ＲＭ−ＨＵＰ（相対運動のヘッドアップ表示モード）や、ＴＭ−ＮＵＰ（真運動のノースアップ表示モード）などのように、表示モードが決まることになる。
【００２０】
さて、レーダで、物標のエコーを観測する場合、雪雨や海面からの反射波やノイズなどの不要波に埋もれた映像信号を処理するとき、図４のスキャン間処理回路４のようなスキャン間のエコーデータの処理を行って、過去に存在したエコーデータが現在もある場合とそうでない場合とで表示映像を表示処理する、つまり相関処理を行うことにより、物標の検出確率を上げることが行われる。また、物標からの反射信号強度の変動が大きい場合に、スキャン間処理に保持（ピークホールド）処理を用いて、物標を検出した状態をメモリ上に保持することで、画面上の物標検出確率を向上させることが行われる。
【００２１】
一方、処理表示メモリ５の記憶データの読み出しは、ラスタスキャン方式により行われ、図５に示されるようにＸ方向がＮドット、Ｙ方向がＭドットのメモリにおいて、一般的には処理表示メモリ５の左上端から開始され、Ｘ方向へ直線的にＮドット分移動し、その右端に達すると順次Ｙ方向に１段下へ移動するとともにＸ方向を左端へ引き戻した後、Ｘ方向の直線移動を行う。処理表示メモリ５のＮ×Ｍ分を全て読み出し、右下段に達した後、始点である左上端に戻り、この読み出し動作を繰り返す。
【００２２】
この処理表示メモリ５は、図６（ａ）に示されるように、ラスタスキャン読み出しの順に一致したアドレスに配置され、メモリをアドレス順に単調に読み出すことで、容易に表示データを得ることが出来るように構成されている。通常はこの図６の例のように、メモリアクセス１サイクルで同時に直線領域にある複数ドット分のデータを読み出し可能にしている。例えば、図６（ｂ）に示されるように、メモリアクセス１サイクルで読み出されるメモリ領域Ａｎに連続する８ドット分のデータＤ０〜Ｄ７を配置している。なお、各ドット分のデータは、それぞれ４ビットや８ビットからなるデータである。
【００２３】
この場合、図５，図６に示されるように、処理表示メモリ５のメモリ配置によるラスタスキャン読み出しは、定められた水平方向の読み出しに限定されている。一方、物標の検出確率を上げるために、スキャン間のエコーデータの相関処理を行う場合には、自船の回転および移動を補正する必要があることからＴＭ面での映像データの処理が必要であり、通常ＴＭ−ＮＵＰで処理される。なお、理論的にはＲＭやＨＵＰであったとしても、その表示処理が不可能ではないが、その処理負担は膨大なものとなるから、現実的にはその処理表示は無理である。このようにして、レーダ映像の表示は、ＴＭ−ＮＵＰで表示されるように構成されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
このように配置された処理表示メモリ５からのメモリデータの読み出しは、定められた方向（水平Ｘ方向）の読み出しに限定されており、ＴＭ−ＮＵＰで処理されたレーダ映像を常に北方向を上方に固定して表示する。しかし、レーダ使用者の中には、船首方向を画面上方に固定した表示に慣れ、この表示によるほうが他船観測の効率がよい場合がある。
【００２５】
そこで、ＴＭ−ＮＵＰで描かれた映像を読み出す場合に、例えば船首方向が画面上方に固定されるよう、表示画面を回転させて表示させるために、水平Ｘ方向以外の任意の方向への読み出し動作を行うことになる。この任意の方向への読み出し動作を行う場合には、従来のように配置された処理表示メモリ５では、表示１ドット毎にメモリアクセス１サイクルが必要となこともある。例えば、図６（ａ）の破線の方向にラスタスキャンする場合、あるメモリアクセスサイクルでアドレスＡｎがアクセスされたときには、同図（ｂ）のように、そのメモリサイクルで読み出されたデータＤ０〜Ｄ７の８ドットのうちＤ４，Ｄ５の２ドットだけが出力データとして利用でき、他の６ドットは利用されることなく捨てられる。破線の方向がさらにＹ軸方向に近いときには、８ドット中１ドットのみのデータが、出力データとして利用されるに過ぎなくなる。
【００２６】
このように、メモリアクセス１サイクルで利用できるドット数が少なくなるために、表示解像度が高い場合には、ＣＲＴ表示器２４の表示１周期（すなわち画面走査１回）内に１画面分の映像データを読み出すことが出来なくなる。
【００２７】
このようにＴＭ−ＮＵＰで描かれた映像を、船首方向が画面上方に固定されるように画面表示走査で細工をすることが出来ないという不具合を改善するために、処理表示メモリ５への書き込み動作における基準角度を自船コース角度に設定し，アンテナ１回転にて全領域のメモリ内容を書き換えることで、ＴＭ−ＣＵＰを得ていた。これは、船首方向を画面上方に設定したいという使用者のニーズに応えるために、擬似的な手段として採用されている。
【００２８】
しかし、コースは、瞬時的な船首方向ではなく、自船が進むべき方向を意味するため、自船が転進し、進むべき方向を変更した場合には、そのコースを変更しなければならない。ＴＭ−ＣＵＰでは、コースが画面上方になるように映像を描いているため、このコースが変更された場合には新しいコースが画面上方に来るように、処理表示メモリ５の映像データの再描画が必要となる。映像の再描画は、アンテナの回転（通常、２ないし３秒／回転）によって行われるため、画面全体の映像が新しいコースで描画（更新）されるためには、アンテナ１回転の時間が必要となるし、その間の表示は映像がなめらかに回転しないことになる。
【００２９】
さらに、スキャン間相関処理は、新しいコースに応じて更新された画像と、それ以降のエコーデータとの比較処理により行われるから、スキャン相関処理をコースの更新の都度やり直す必要がある。このスキャン相関やり直しの間は、鮮明な画像が得られない。
【００３０】
特に小型漁船などで、自船が頻繁に旋回し、船首方向を常に一定方向に固定し、表示映像を出来る限り高速に回転させる必要がある場合には、この問題が顕著になる。
【００３１】
そこで、本発明は、アンテナから発射された電波が物標に反射して得られるエコー信号を受信し、表示器に表示するレーダにおいて、所定の表示モードにしたがって映像データが記憶された処理表示メモリからその映像データを読み出し、任意の角度に映像を回転して表示することが出来る、レーダ映像表示方法およびレーダ装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のレーダ映像表示方法は、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元方形領域毎に、データを同時に書き込み、読み出し可能な処理表示メモリに、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶させ、かつ、前記処理表示メモリから、指定された角度でラスタスキャンして前記方形領域毎にデータを読み出し、キャッシュで処理することにより、指定の表示角度で回転させた映像を表示することを特徴とする。
【００３３】
請求項２のレーダ装置は、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元領域毎にデータを同時に書き込み、読み出し可能であり、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶する処理表示メモリ手段と、少なくとも最新の１スイープのエコーデータを記憶するスイープメモリ手段と、前記処理表示メモリ手段から、前記スイープメモリ手段に記憶されているエコーデータと対応する前記予定２次元方形領域毎のレーダエコーデータを読み出す第１キャッシュ手段と、前記スイープメモリ手段のエコーデータと、前記所定２次元方形領域の該当するデータとをスキャン間処理を施した上で、前記所定２次元方形領域に書き込む新しいデータを形成する、スキャン間処理手段と、前記処理表示メモリ手段から、指定された角度でラスタスキャンして、前記方形領域毎にデータを読み出し、前記ラスタスキャンのラインに沿ってデータを処理する第２キャッシュ手段と、この第２キャッシュ手段からのデータを受け、表示する表示器手段とを備え、前記処理表示メモリ手段に記憶されたレーダエコーデータを前記指定された角度だけ回転させた映像を表示することを特徴とする。
【００３４】
本発明では、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元領域毎にデータを同時に書き込み、読み出し可能なレーダエコーデータを記憶する処理表示メモリおよびこのメモリへの所定の表示モードでのレーダエコーデータの書き込み、およびこのメモリから所定の角度でのレーダエコーデータの読み出しに際し、所定単位の２次元方形領域毎に読み出し或いは読み出し再書き込みし処理するキャッシュを設けることにより、任意の角度でのラスタスキャン表示走査で処理表示メモリから読み出し、任意の角度だけ表示映像を回転させて表示器に直接表示することが出来る。もちろん、船首方向を常に一定方向に固定することも出来、さらに自船の旋回に応じて滑らかに表示映像を回転させることが出来る。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態にかかる船舶用レーダ装置の全体構成を示す図であり、図２は、処理表示メモリの構成図であり、図３は、処理表示メモリからの読み出し動作を説明する図である。
【００３７】
図１において、処理データキャッシュ６，表示アドレス発生回路７，メモリアドレス変換回路８，メモリアドレス変換回路９，メモリ制御回路１０，表示データキャッシュ１１，表示データバッファ１２，が設けられており、また処理表示メモリ１３はそのメモリ構造が従来の処理表示メモリ５とは大きく異なっている。なお、図４に示した符号と同じ符号のものは同一の構成要素を示している。
【００３８】
処理表示メモリ１３は、図２（ａ）に示されるように、横方向にＮドット、縦方向にＭドットで、全体としてＮ×Ｍドットの記憶容量を有しており、各メモリアクセス１サイクルでアクセスされる１アドレスには、ｋ＝８として、２次元方形領域８ドット×８ドットの６４ドットが配置されている。この２次元方形領域は例として示す同図（ｂ）に示されるように、ドットＤ０からドットＤ６３のデータを持っている。したがって、処理表示メモリ１３からは各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・が指定されると、その方形領域に含まれる６４ドットのデータが一度に読み出され、或いは一度に書き込まれる。この２次元方形領域としては、８×８ドットの外、４×４ドット、２×２ドット等の正方領域でよく、また正方領域に限らず、長方領域とすることも出来る。
【００３９】
処理データキャッシュ６は、処理表示メモリ１３に比較してその動作速度が著しく速いメモリ素子、例えばレジスタ、バッファやＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）などが用いられる。この処理データキャッシュ６に、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の２次元方形領域のデータが読み出される。また、この２次元方形領域のデータはスキャン間処理が施された上で、再びメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の、つまり読み出されたアドレスに再書き込みされる。メモリアドレス変換回路８は、座標変換回路１６での書き込みアドレスを、処理表示メモリ１３の各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・のアドレスに変換するものであり、この変換アドレスがメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に与えられる。
【００４０】
表示アドレス発生回路７は、ＣＰＵ回路２０からの表示中心位置データと表示角度データを受けて、その時点のアドレスを発生して、メモリアドレス変換回路９に供給する。メモリアドレス変換回路９は、表示アドレス発生回路７での表示アドレスを、処理表示メモリ１３の各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・のアドレスに変換するものであり、この変換アドレスがメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に与えられる。この表示中心データは、図３（ａ）の中央の黒点で示されており、表示角度データは同図（ａ）の実線矢印で示されているラスタスキャンの方向である。
【００４１】
また、図３（ａ）においてＮ×Ｍドットの処理表示メモリ１３のメモリ領域の中の小さい四角形がラスタスキャンする表示領域である。この表示領域は、表示中心位置（黒点）を中心として、表示角度データにしたがって回転され、指定された方向を上部にこの表示領域内のデータが表示される。したがって、処理表示メモリ１３のメモリ領域は、少なくともその表示領域が任意の角度に回転できるだけの寸法を有している。例えば、一般的なＸＧＡ画面の場合には、例えば１０２４×７６８ドットであるから、この場合、処理表示メモリ１３のメモリ領域は２０４８×２０４８としている。
【００４２】
表示データキャッシュ１１は、処理データキャッシュ６と同様に、処理表示メモリ１３に比較してその動作速度が著しく速いメモリ素子、例えばレジスタ、バッファやＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）などが用いられる。この表示データキャッシュ１１に、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の２次元方形領域のデータが読み出される。読み出された２次元方形領域のデータのうち、その時点での表示角度に沿ったデータが読み出され、表示データバッファ１２を介して、ＣＲＴ表示器２４に表示される。
【００４３】
さて、本実施の形態では、ＴＭ−ＮＵＰの表示モードで処理表示メモリ１３にエコーデータが書き込まれ、また指定された表示角度でラスタスキャン表示周期毎にレーダ映像を回転表示させる動作について説明する。
【００４４】
処理表示メモリ１３へのレーダ映像の書き込み動作は、地球上の絶対座標に固定されたメモリ上へ、アンテナ回転信号発生回路１４からの自船の位置（すなわちアンテナ位置）、ジャイロインターフェース回路１７からの真方位情報や時間情報、さらに速度情報入力回路１８からの速度情報を元に、アンテナ位置を中心にして座標変換回路１６にて極座標を直交座標に変換し、座標変換回路１６から書き込みアドレスを出力する。
【００４５】
座標変換回路１６から出力される書き込みアドレスは、メモリアドレス変換回路８および処理データキャッシュ６に供給される。メモリアドレス変換回路８では、供給された書き込みアドレスを処理表示メモリ１３の実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・に変換し、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に供給する。この実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・は、アンテナ部１が電波を放射しつつ回転して得るＰＰＩ映像に対応しており、基点を中心として周囲方向に延びつつ一定方向に回転することになる。
【００４６】
書き込みアドレスは、レーダ映像を描画する平面において、各ドットの対応する行と列の識別値であり、この値は行方向および列方向に線形に変化する。実メモリアドレスは、書き込みアドレス（レーダ映像中の任意の点の位置）が対応するメモリのアドレスである。本発明では、メモリアクセス１サイクルで方形領域（６４ドット）のデータを一度に読み出すから、書き込みアドレスと実アドレスとは１対１の関係になく、書き込みアドレスの時間変化に伴って初めて対応する実アドレスに当たった段階で当該実アドレスを得ることになる。
【００４７】
処理表示メモリ１３からは、指定された特定の実メモリアドレス（例えばＡｎ）に該当する方形領域データ（８×８ドット）が処理データキャッシュ６に同時に転送される。
【００４８】
処理データキャッシュ６には座標変換回路１６からの書き込み用アドレスが供給されており、転送され記憶している方形領域データ（８×８ドット）から、スイープメモリ３からの１スイープ分の現在データと対応する過去データが順次読み出され、スキャン間処理回路４にて相関処理などスキャン間処理が行われ、その処理結果が処理データキャッシュ６に再び記憶される。レーダ映像の書き込みは直線的に行われるため、一度の方形領域データ（８×８ドット）の読み出しで複数回の処理データキャッシュ６への書き込み動作が行われ、処理表示メモリ１３へのアクセス頻度を低減できる。
【００４９】
書き込みアドレスが移動し、処理データキャッシュ６内のデータに、書き込みアドレスに該当するデータがなくなった場合には、処理データキャッシュ６内のデータを処理表示メモリ１３へ書き戻した後、次の該当する書き込みアドレスに対応した処理表示メモリ１３内の方形領域データが処理データキャッシュ６に読み込まれ、レーダ映像の書き込み動作が行われる。
【００５０】
なお、メモリ制御回路１０は、処理動作による処理表示メモリ１３のアクセスと表示動作による処理表示メモリ１３のアクセスが同時に行われないように調停し、１個の処理表示メモリ１３に対し両方のアクセスが行えるようにする。
【００５１】
次に、処理表示メモリ１３に書き込まれた映像データを、任意に指定された角度だけ回転させて表示する動作について説明する。以下の説明では、ＨＵＰ表示することを前提としているが、もちろん他の表示モードで表示することも可能である。
【００５２】
まず、ＣＰＵ回路２０から、表示中心位置データと表示角度データが表示アドレス発生回路７へ設定される。この表示中心位置データは自船位置（＝アンテナ位置）を示す。処理表示メモリ１３はＴＭ−ＮＵＰで描画されるため、自船位置は自船の移動とともに変化する。一般的な使用方法では、レーダ画面の中心位置に自船位置がくるように画面表示を行うから、ＴＭ−ＮＵＰの処理表示メモリ１３に対して画面の中心がその時点の自船位置にくるように表示走査毎に表示中心位置データを更新する。また、船首方向が画面上方に固定されるためには、船首が向く真方位データから表示走査をどの角度に設定すればよいかが算出でき、この表示の傾きが表示角度データとして表示走査毎に出力される。
【００５３】
スキャン動作は、図３（ａ）に示されるように、黒点を中心とした小さい４角内の映像データを一辺が上方となるように、その一辺に平行に、ラスタスキャンされる。
【００５４】
表示アドレス発生回路７は、設定された表示中心位置データと表示角度データに基づいて、ラスタスキャン走査に応じて読み出すべき表示アドレスを順次発生させる。この表示アドレスは、書き込みアドレスと同様に、レーダ映像を描画する平面において、各ドットの対応する行と列の識別値であり、この値は行方向および列方向に線形に変化する。この表示アドレスは、ラスタスキャンのスキャン密度にしたがって一定間隔での平行線にしたがって算出される。
【００５５】
この表示アドレスを、処理表示メモリ１３の実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・に変換する。つまり、ラスタスキャンされるスキャンラインに沿って、表示アドレスに対する実メモリアドレスを算出し、新しい実メモリアドレスに当たった時点で、当該実メモリアドレスが変換値として得られる。
【００５６】
ラスタスキャンの表示読み出しは線形走査であるから、任意の表示点の次以降の表示位置は簡単に予測がつく。実際には、読み出し走査は、決められた周期と増加値で順次表示位置を操作することなので、どの時点でどのデータを読むかは走査制御で前もって決定されることになる。
【００５７】
処理表示メモリ１３から、変換値として得られた実メモリアドレス（例えばＡｎ）に該当する方形領域データが表示データキャッシュ１１に転送される。
【００５８】
ラスタスキャンは直線的に行われるから、その方形領域データを表示データキャッシュ１１上に置くことで、１度のメモリ読み出しで、複数回の読み出し動作が行われ、処理表示メモリ１３へのアクセス頻度を低減できる。これを図３（ｂ）についてみると、一度の処理表示メモリ１３へのアクセスで、実メモリアドレスＡｎの方形領域に含まれている６４ドットＤ０〜Ｄ６３のデータが表示データキャッシュ１１に転送される。表示データキャッシュ１１に転送された６４ドットのデータを、読み出し方向線（すなわちラスタスキャン方向）に沿って、表示アドレスにしたがって所定間隔毎に順次読み出して、当該方形領域から複数回の表示データが出力される。この例では６ドットのデータが表示データとして出力されている。
【００５９】
ここで、高速の走査が可能となる理由を具体的に説明する。表示データを処理表示メモリ１３から直接読み出す場合、アドレスの設定、メモリがデータ出力できるまでの待ち、出力データの保持、の３ステップの手順が必要であり、この読み出し動作を個々のドット毎に通常必要とされる表示走査周波数で行うことは時間的に不可能である。例えば、通常のパソコン画面などに用いられるＸＧＡ画面の場合では、１ドットあたり許容される表示周期は約１３ｎＳであり、一方高速な表示メモリ（例えばＳＤＲＡＭ）でもメモリアクセス１サイクルに２０〜３０ｎＳ程度が必要であるから、必要とされる画像データを正常にメモリから直接読み出すことが出来ない。なお、ＳＲＡＭは、メモリ速度は速いものの、１セルあたりの回路構成が複雑であることからその容量が小さく、表示メモリとしては使用できない。
【００６０】
これに対して、本発明では、方形領域（８×８ドット）のデータを一括して表示データキャッシュ１１に転送することで、表示走査における各ドットデータの読み出しは、メモリアクセスではなく、キャッシュのレジスタアクセスになり、通常のＣＭＯＳプロセスのＩＣでも数ｎＳの時間で出力できる。これにより、本発明では、低速のメモリアクセス速度で高速のラスタスキャン走査に対応可能となるのである。
【００６１】
つぎに、表示アドレスが更新され、表示データキャッシュ１１内のデータに該当する表示アドレスのデータがなくなった場合は、次の該当する表示アドレスに対応したメモリ制御回路１０内の方形領域データが表示データキャッシュ１１内に読み込まれ、ラスタスキャン表示動作が行われる。
【００６２】
表示データキャッシュ１１内に転送された方形領域からの読み出し回数は、表示場所によって異なり、最小１度の読み出しで表示データキャッシュ１１の内容が更新されなければならない場合もある。表示データキャッシュ１１から直接Ｄ／Ａ変換回路２３，ＣＲＴ表示器２４へ表示データを出力すると表示データが途切れる可能性があるため、表示データバッファ１２を設け、表示データキャッシュ１１からの読み出しを表示よりも数ドット先行して行い、常に表示データバッファ１２内に表示データが残るようバッファサイズを決定する。これにより、表示データは途切れることなくＤ／Ａ変換回路２３へ出力される。
【００６３】
この実施の形態では、ラスタスキャン走査の１画面表示毎（約１７ｍＳ）に、画面中心位置と表示角度を設定するから、ラスタスキャン走査の１画面表示毎にレーダ映像が回転、移動する。したがって、船首方位を画面上方に固定した状態で、自船の移動にリアルタイムに追従し、ちらつきがなく、滑らかに回転、移動するレーダ映像を表示することが出来る。
【００６４】
このように自船の移動にリアルタイムに追従したレーダ映像が表示されるから、１スキャン毎にしか映像が得られなかった従来のＨＵＰ表示モードに比べて、操船、例えば船首方向にブイを投入する時の操船など、が容易になる。
【００６５】
なお、以上の実施の形態では、処理表示メモリ１３へはＴＭ−ＮＵＰモードで映像データが書き込まれることとしているが、このモードに限ることなく、例えばＴＭ−ＣＵＰモードで処理表示メモリ１３へ映像データが書き込まれてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明では、任意の角度に表示映像を回転させ、ラスタスキャン表示走査で処理表示メモリから必要なデータを直接表示可能であるから、自船の旋回に応じて滑らかに表示映像を回転させることが可能となる。
【００６７】
また、船首方向を常に一定方向に固定し、自船の旋回に応じて表示映像を滑らかに回転させることが出来るから、船舶などの航行時に他船および障害物の発見が確実になり、安全航行援助に大きく寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船舶用レーダの全体構成図。
【図２】本発明の処理表示メモリ構成図。
【図３】本発明の処理表示メモリ読み出し方向説明図。
【図４】従来の船舶用レーダの全体構成図。
【図５】従来の処理表示メモリ読み出し方向説明図。
【図６】従来の処理表示メモリ構成図。
【符号の説明】
１ アンテナ部
２ Ａ／Ｄ変換回路
３ スイープメモリ
４ スキャン間処理回路
５ 処理表示メモリ
６ 処理データキャッシュ
７ 表示アドレス発生回路
８ メモリアドレス変換回路
９ メモリアドレス変換回路
１０ メモリ制御回路
１１ 表示データキャッシュ
１２ 表示データバッファ
１３ 処理表示メモリ
１４ アンテナ回転信号発生回路
１５ 距離角度信号制御回路
１６ 座標変換回路
１７ ジャイロインターフェース回路
１８ 速度情報入力回路
１９ 送受信機制御回路
２０ ＣＰＵ回路
２１ グラフィック制御回路
２２ グラフィックフレームメモリ
２３ Ｄ／Ａ変換回路
２４ ＣＲＴ表示器
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ回転により得られた受信信号をメモリに書き込むとともに、メモリの内容をラスタスキャン方式で読み出してＣＲＴなどの表示器に表示させる船舶用レーダに関し、島などの固定物標のスキャン間処理を適正に行うことが出来るレーダ映像表示方法およびレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンテナ回転により得られた受信信号をメモリに書き込むとともに、メモリの内容をラスタスキャン方式で読み出してＣＲＴなどの表示器に表示させる、従来の船舶用レーダの全体構成図を、図４に示す。
【０００３】
図４において、アンテナ部１内の受信機から出力される受信信号はＡ／Ｄ変換回路２にて量子化されディジタル信号に変換される。このディジタル化された受信信号はスイープメモリ３に時系列に一旦記憶される。このスイープメモリ３に記憶された受信信号は、現在エコーデータとして、スキャン間処理回路４に入力される。
【０００４】
一方、アンテナ回転信号発生回路１４からアンテナ角度に同期したパルス信号、ジャイロなどの自船の回頭による針路を出力するジャイロインターフェース回路１７の信号、および時間データとから距離角度信号制御回路１５にて角度信号、距離信号を発生させる。この角度信号および距離信号と、速度情報入力回路１８から得られる船速情報とを合わせて座標変換回路１６に入力し、座標変換回路１６から書き込みアドレスを発生する。
【０００５】
なお、ＣＰＵ回路２０は、各種装置の制御を行うものであり、距離角度信号制御回路１５，ジャイロインターフェース回路１７，速度情報入力回路１８，送受信機制御回路１９、グラフィック制御回路２１等にそれぞれ制御信号を供給する。送受信機制御回路１９はレーダの送受信機の制御を行うものであり、グラフィック制御回路２１は画面上に表示される各種表示データなどのグラフィック文字などをグラフィックフレームメモリ２２に描画する。
【０００６】
処理表示メモリ５は、座標変換回路１６からの書き込みアドレスを受けて、記憶されている１スキャン前のエコーデータを読み出し、スキャン間処理回路４に入力する。スキャン間処理回路４では、入力された１スキャン前のエコーデータと、スイープメモリ３からの現在のエコーデータとに基づいてスキャン相関処理を行い、物標検出確率を向上するなどの処理を行い、その処理済みのデータを書き込みアドレスにしたがって、処理表示メモリ５に再書き込みする。
【０００７】
処理表示メモリ５に書き込まれたエコーデータおよびグラフィックフレームメモリ２２のグラフィック表示データは、Ｄ／Ａ変換回路２３でアナログ信号に変換されて、ＣＲＴ表示器２４に表示される。
【０００８】
座標変換回路１６は、極座標−直交座標変換、すなわちその時点のスイープメモリ３からの時系列データの極座標を、アンテナの方位、自船の進路、自船の位置、指定される表示モードに基づいて、直交座標（Ｘ，Ｙ）からなる処理表示メモリ５の書き込みアドレスに変換するものである。これによりスイープメモリ３からの時系列データと１スキャン前のエコーデータとのスキャン相関処理、および処理表示メモリ５へのデータの書き込みが可能になる。
【０００９】
この座標変換回路１６の座標変換は、次式に基づいて行われる。
Ｘ＝ＸＣ＋Ｒｓｉｎθ
Ｙ＝ＹＣ＋Ｒｃｏｓθ
但し、ＸＣ：変換開始Ｘ座標、ＹＣ：変換開始Ｙ座標、θ：変換時角度、
Ｒ：距離、Ｘ：変換Ｘ座標、Ｙ：変換Ｙ座標
【００１０】
ここでこの変換時角度θが、指定された方向表示モード、すなわちヘッドアップ表示モード（以下、ＨＵＰ）であるか、ノースアップ表示モード（以下、ＮＵＰ）であるか、コースアップ表示モード（以下、ＣＵＰ）であるか、さらには自船の回頭にしたがって随時変化させる必要がある。
【００１１】
通常、この変換時角度θは、各方向表示モードによって次のようになる。
ＨＵＰ＝ＡＮＴ
ＮＵＰ＝ＡＮＴ＋ＧＹＲＯ
ＣＵＰ＝ＡＮＴ＋ＧＹＲＯ−ＣＯＵＲＳＥ
但し、ＡＮＴ：アンテナの向いている方位、ＧＹＲＯ：ジャイロなどの絶対方位、ＣＯＵＲＳＥ：リセット時の自船の針路
【００１２】
方向表示モードには、以上の３種類がある。ＨＵＰでは、表示画面の真上が自船の舳先と一致する。したがって、自船のブリッジから観測者が眺めているのと同じ表示をしている。つまり、固定物標などは、自船が回頭するとその回頭した方向と反対の方向へ回転したように表示される。
【００１３】
ＮＵＰでは、表示画面の真上が常に北を指す。つまり、島などの固定物標は、自船の回頭に関係なく、その表示される画面上の位置が固定される。
【００１４】
ＣＵＰでは、表示画面の真上が、ＣＵＰのリセットスイッチなどで方位固定した瞬間の針路となる。したがって、この方位固定した瞬間はＨＵＰの表示と同じであるが、船が回頭するとその影響はＮＵＰと同様な表示となる。
【００１５】
この３つの方向表示モードで、ＣＵＰとＮＵＰは固定物標が表示画面に固定され、ＨＵＰでは自船の回頭にしたがって固定物標は別の位置に表示される表示であるといえる。
【００１６】
これら方向表示モードとは別に、自船が移動した場合に、自船の位置を固定して表示するか、或いは自船位置の表示を動かして表示するかによって、運動表示モードが、相対運動表示モード（以下、ＲＭ）と真運動表示モード（以下、ＴＭ）の２種類に分けられる。
【００１７】
ＲＭは、自船表示位置（座標変換の中心）を固定して表示する方式で、自船の移動に伴って、固定物標が自船の移動と逆方向に相対的に移動して表示される方式である。このＲＭでは、通常ブリッジで観測者が自分の周りの景色を見回すのと同様の映像が表示される。
【００１８】
ＴＭは、自船表示位置を自船の移動（距離、方向）にしたがって移動させて表示する方式で、固定物標は表示位置で固定して表示される。ＴＭでは、海図上に自船が移動した方向と距離に応じて移動して表示される。
【００１９】
したがって、船舶用レーダの表示方式としては、方向表示モードのＨＵＰ，ＮＵＰ，ＣＵＰと、運動表示モードのＲＭ、ＴＭとの組み合わせで、例えば、ＲＭ−ＨＵＰ（相対運動のヘッドアップ表示モード）や、ＴＭ−ＮＵＰ（真運動のノースアップ表示モード）などのように、表示モードが決まることになる。
【００２０】
さて、レーダで、物標のエコーを観測する場合、雪雨や海面からの反射波やノイズなどの不要波に埋もれた映像信号を処理するとき、図４のスキャン間処理回路４のようなスキャン間のエコーデータの処理を行って、過去に存在したエコーデータが現在もある場合とそうでない場合とで表示映像を表示処理する、つまり相関処理を行うことにより、物標の検出確率を上げることが行われる。また、物標からの反射信号強度の変動が大きい場合に、スキャン間処理に保持（ピークホールド）処理を用いて、物標を検出した状態をメモリ上に保持することで、画面上の物標検出確率を向上させることが行われる。
【００２１】
一方、処理表示メモリ５の記憶データの読み出しは、ラスタスキャン方式により行われ、図５に示されるようにＸ方向がＮドット、Ｙ方向がＭドットのメモリにおいて、一般的には処理表示メモリ５の左上端から開始され、Ｘ方向へ直線的にＮドット分移動し、その右端に達すると順次Ｙ方向に１段下へ移動するとともにＸ方向を左端へ引き戻した後、Ｘ方向の直線移動を行う。処理表示メモリ５のＮ×Ｍ分を全て読み出し、右下段に達した後、始点である左上端に戻り、この読み出し動作を繰り返す。
【００２２】
この処理表示メモリ５は、図６（ａ）に示されるように、ラスタスキャン読み出しの順に一致したアドレスに配置され、メモリをアドレス順に単調に読み出すことで、容易に表示データを得ることが出来るように構成されている。通常はこの図６の例のように、メモリアクセス１サイクルで同時に直線領域にある複数ドット分のデータを読み出し可能にしている。例えば、図６（ｂ）に示されるように、メモリアクセス１サイクルで読み出されるメモリ領域Ａｎに連続する８ドット分のデータＤ０〜Ｄ７を配置している。なお、各ドット分のデータは、それぞれ４ビットや８ビットからなるデータである。
【００２３】
この場合、図５，図６に示されるように、処理表示メモリ５のメモリ配置によるラスタスキャン読み出しは、定められた水平方向の読み出しに限定されている。一方、物標の検出確率を上げるために、スキャン間のエコーデータの相関処理を行う場合には、自船の回転および移動を補正する必要があることからＴＭ面での映像データの処理が必要であり、通常ＴＭ−ＮＵＰで処理される。なお、理論的にはＲＭやＨＵＰであったとしても、その表示処理が不可能ではないが、その処理負担は膨大なものとなるから、現実的にはその処理表示は無理である。このようにして、レーダ映像の表示は、ＴＭ−ＮＵＰで表示されるように構成されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
このように配置された処理表示メモリ５からのメモリデータの読み出しは、定められた方向（水平Ｘ方向）の読み出しに限定されており、ＴＭ−ＮＵＰで処理されたレーダ映像を常に北方向を上方に固定して表示する。しかし、レーダ使用者の中には、船首方向を画面上方に固定した表示に慣れ、この表示によるほうが他船観測の効率がよい場合がある。
【００２５】
そこで、ＴＭ−ＮＵＰで描かれた映像を読み出す場合に、例えば船首方向が画面上方に固定されるよう、表示画面を回転させて表示させるために、水平Ｘ方向以外の任意の方向への読み出し動作を行うことになる。この任意の方向への読み出し動作を行う場合には、従来のように配置された処理表示メモリ５では、表示１ドット毎にメモリアクセス１サイクルが必要となこともある。例えば、図６（ａ）の破線の方向にラスタスキャンする場合、あるメモリアクセスサイクルでアドレスＡｎがアクセスされたときには、同図（ｂ）のように、そのメモリサイクルで読み出されたデータＤ０〜Ｄ７の８ドットのうちＤ４，Ｄ５の２ドットだけが出力データとして利用でき、他の６ドットは利用されることなく捨てられる。破線の方向がさらにＹ軸方向に近いときには、８ドット中１ドットのみのデータが、出力データとして利用されるに過ぎなくなる。
【００２６】
このように、メモリアクセス１サイクルで利用できるドット数が少なくなるために、表示解像度が高い場合には、ＣＲＴ表示器２４の表示１周期（すなわち画面走査１回）内に１画面分の映像データを読み出すことが出来なくなる。
【００２７】
このようにＴＭ−ＮＵＰで描かれた映像を、船首方向が画面上方に固定されるように画面表示走査で細工をすることが出来ないという不具合を改善するために、処理表示メモリ５への書き込み動作における基準角度を自船コース角度に設定し，アンテナ１回転にて全領域のメモリ内容を書き換えることで、ＴＭ−ＣＵＰを得ていた。これは、船首方向を画面上方に設定したいという使用者のニーズに応えるために、擬似的な手段として採用されている。
【００２８】
しかし、コースは、瞬時的な船首方向ではなく、自船が進むべき方向を意味するため、自船が転進し、進むべき方向を変更した場合には、そのコースを変更しなければならない。ＴＭ−ＣＵＰでは、コースが画面上方になるように映像を描いているため、このコースが変更された場合には新しいコースが画面上方に来るように、処理表示メモリ５の映像データの再描画が必要となる。映像の再描画は、アンテナの回転（通常、２ないし３秒／回転）によって行われるため、画面全体の映像が新しいコースで描画（更新）されるためには、アンテナ１回転の時間が必要となるし、その間の表示は映像がなめらかに回転しないことになる。
【００２９】
さらに、スキャン間相関処理は、新しいコースに応じて更新された画像と、それ以降のエコーデータとの比較処理により行われるから、スキャン相関処理をコースの更新の都度やり直す必要がある。このスキャン相関やり直しの間は、鮮明な画像が得られない。
【００３０】
特に小型漁船などで、自船が頻繁に旋回し、船首方向を常に一定方向に固定し、表示映像を出来る限り高速に回転させる必要がある場合には、この問題が顕著になる。
【００３１】
そこで、本発明は、アンテナから発射された電波が物標に反射して得られるエコー信号を受信し、表示器に表示するレーダにおいて、所定の表示モードにしたがって映像データが記憶された処理表示メモリからその映像データを読み出し、任意の角度に映像を回転して表示することが出来る、レーダ映像表示方法およびレーダ装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のレーダ映像表示方法は、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元方形領域毎に、データを同時に書き込み、読み出し可能な処理表示メモリに、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶させ、かつ、前記処理表示メモリから、指定された角度でラスタスキャンして前記方形領域毎にデータを読み出し、キャッシュで処理することにより、指定の表示角度で回転させた映像を表示することを特徴とする。
【００３３】
請求項２のレーダ装置は、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元領域毎にデータを同時に書き込み、読み出し可能であり、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶する処理表示メモリ手段と、少なくとも最新の１スイープのエコーデータを記憶するスイープメモリ手段と、前記処理表示メモリ手段から、前記スイープメモリ手段に記憶されているエコーデータと対応する前記予定２次元方形領域毎のレーダエコーデータを読み出す第１キャッシュ手段と、前記スイープメモリ手段のエコーデータと、前記所定２次元方形領域の該当するデータとをスキャン間処理を施した上で、前記所定２次元方形領域に書き込む新しいデータを形成する、スキャン間処理手段と、前記処理表示メモリ手段から、指定された角度でラスタスキャンして、前記方形領域毎にデータを読み出し、前記ラスタスキャンのラインに沿ってデータを処理する第２キャッシュ手段と、この第２キャッシュ手段からのデータを受け、表示する表示器手段とを備え、前記処理表示メモリ手段に記憶されたレーダエコーデータを前記指定された角度だけ回転させた映像を表示することを特徴とする。
【００３４】
本発明では、メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元領域毎にデータを同時に書き込み、読み出し可能なレーダエコーデータを記憶する処理表示メモリおよびこのメモリへの所定の表示モードでのレーダエコーデータの書き込み、およびこのメモリから所定の角度でのレーダエコーデータの読み出しに際し、所定単位の２次元方形領域毎に読み出し或いは読み出し再書き込みし処理するキャッシュを設けることにより、任意の角度でのラスタスキャン表示走査で処理表示メモリから読み出し、任意の角度だけ表示映像を回転させて表示器に直接表示することが出来る。もちろん、船首方向を常に一定方向に固定することも出来、さらに自船の旋回に応じて滑らかに表示映像を回転させることが出来る。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態にかかる船舶用レーダ装置の全体構成を示す図であり、図２は、処理表示メモリの構成図であり、図３は、処理表示メモリからの読み出し動作を説明する図である。
【００３７】
図１において、処理データキャッシュ６，表示アドレス発生回路７，メモリアドレス変換回路８，メモリアドレス変換回路９，メモリ制御回路１０，表示データキャッシュ１１，表示データバッファ１２，が設けられており、また処理表示メモリ１３はそのメモリ構造が従来の処理表示メモリ５とは大きく異なっている。なお、図４に示した符号と同じ符号のものは同一の構成要素を示している。
【００３８】
処理表示メモリ１３は、図２（ａ）に示されるように、横方向にＮドット、縦方向にＭドットで、全体としてＮ×Ｍドットの記憶容量を有しており、各メモリアクセス１サイクルでアクセスされる１アドレスには、ｋ＝８として、２次元方形領域８ドット×８ドットの６４ドットが配置されている。この２次元方形領域は例として示す同図（ｂ）に示されるように、ドットＤ０からドットＤ６３のデータを持っている。したがって、処理表示メモリ１３からは各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・が指定されると、その方形領域に含まれる６４ドットのデータが一度に読み出され、或いは一度に書き込まれる。この２次元方形領域としては、８×８ドットの外、４×４ドット、２×２ドット等の正方領域でよく、また正方領域に限らず、長方領域とすることも出来る。
【００３９】
処理データキャッシュ６は、処理表示メモリ１３に比較してその動作速度が著しく速いメモリ素子、例えばレジスタ、バッファやＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）などが用いられる。この処理データキャッシュ６に、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の２次元方形領域のデータが読み出される。また、この２次元方形領域のデータはスキャン間処理が施された上で、再びメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の、つまり読み出されたアドレスに再書き込みされる。メモリアドレス変換回路８は、座標変換回路１６での書き込みアドレスを、処理表示メモリ１３の各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・のアドレスに変換するものであり、この変換アドレスがメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に与えられる。
【００４０】
表示アドレス発生回路７は、ＣＰＵ回路２０からの表示中心位置データと表示角度データを受けて、その時点のアドレスを発生して、メモリアドレス変換回路９に供給する。メモリアドレス変換回路９は、表示アドレス発生回路７での表示アドレスを、処理表示メモリ１３の各２次元方形領域Ａ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・のアドレスに変換するものであり、この変換アドレスがメモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に与えられる。この表示中心データは、図３（ａ）の中央の黒点で示されており、表示角度データは同図（ａ）の実線矢印で示されているラスタスキャンの方向である。
【００４１】
また、図３（ａ）においてＮ×Ｍドットの処理表示メモリ１３のメモリ領域の中の小さい四角形がラスタスキャンする表示領域である。この表示領域は、表示中心位置（黒点）を中心として、表示角度データにしたがって回転され、指定された方向を上部にこの表示領域内のデータが表示される。したがって、処理表示メモリ１３のメモリ領域は、少なくともその表示領域が任意の角度に回転できるだけの寸法を有している。例えば、一般的なＸＧＡ画面の場合には、例えば１０２４×７６８ドットであるから、この場合、処理表示メモリ１３のメモリ領域は２０４８×２０４８としている。
【００４２】
表示データキャッシュ１１は、処理データキャッシュ６と同様に、処理表示メモリ１３に比較してその動作速度が著しく速いメモリ素子、例えばレジスタ、バッファやＳＲＡＭ（スタティックＲＡＭ）などが用いられる。この表示データキャッシュ１１に、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３の所定の２次元方形領域のデータが読み出される。読み出された２次元方形領域のデータのうち、その時点での表示角度に沿ったデータが読み出され、表示データバッファ１２を介して、ＣＲＴ表示器２４に表示される。
【００４３】
さて、本実施の形態では、ＴＭ−ＮＵＰの表示モードで処理表示メモリ１３にエコーデータが書き込まれ、また指定された表示角度でラスタスキャン表示周期毎にレーダ映像を回転表示させる動作について説明する。
【００４４】
処理表示メモリ１３へのレーダ映像の書き込み動作は、地球上の絶対座標に固定されたメモリ上へ、アンテナ回転信号発生回路１４からの自船の位置（すなわちアンテナ位置）、ジャイロインターフェース回路１７からの真方位情報や時間情報、さらに速度情報入力回路１８からの速度情報を元に、アンテナ位置を中心にして座標変換回路１６にて極座標を直交座標に変換し、座標変換回路１６から書き込みアドレスを出力する。
【００４５】
座標変換回路１６から出力される書き込みアドレスは、メモリアドレス変換回路８および処理データキャッシュ６に供給される。メモリアドレス変換回路８では、供給された書き込みアドレスを処理表示メモリ１３の実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・に変換し、メモリ制御回路１０を介して処理表示メモリ１３に供給する。この実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・は、アンテナ部１が電波を放射しつつ回転して得るＰＰＩ映像に対応しており、基点を中心として周囲方向に延びつつ一定方向に回転することになる。
【００４６】
書き込みアドレスは、レーダ映像を描画する平面において、各ドットの対応する行と列の識別値であり、この値は行方向および列方向に線形に変化する。実メモリアドレスは、書き込みアドレス（レーダ映像中の任意の点の位置）が対応するメモリのアドレスである。本発明では、メモリアクセス１サイクルで方形領域（６４ドット）のデータを一度に読み出すから、書き込みアドレスと実アドレスとは１対１の関係になく、書き込みアドレスの時間変化に伴って初めて対応する実アドレスに当たった段階で当該実アドレスを得ることになる。
【００４７】
処理表示メモリ１３からは、指定された特定の実メモリアドレス（例えばＡｎ）に該当する方形領域データ（８×８ドット）が処理データキャッシュ６に同時に転送される。
【００４８】
処理データキャッシュ６には座標変換回路１６からの書き込み用アドレスが供給されており、転送され記憶している方形領域データ（８×８ドット）から、スイープメモリ３からの１スイープ分の現在データと対応する過去データが順次読み出され、スキャン間処理回路４にて相関処理などスキャン間処理が行われ、その処理結果が処理データキャッシュ６に再び記憶される。レーダ映像の書き込みは直線的に行われるため、一度の方形領域データ（８×８ドット）の読み出しで複数回の処理データキャッシュ６への書き込み動作が行われ、処理表示メモリ１３へのアクセス頻度を低減できる。
【００４９】
書き込みアドレスが移動し、処理データキャッシュ６内のデータに、書き込みアドレスに該当するデータがなくなった場合には、処理データキャッシュ６内のデータを処理表示メモリ１３へ書き戻した後、次の該当する書き込みアドレスに対応した処理表示メモリ１３内の方形領域データが処理データキャッシュ６に読み込まれ、レーダ映像の書き込み動作が行われる。
【００５０】
なお、メモリ制御回路１０は、処理動作による処理表示メモリ１３のアクセスと表示動作による処理表示メモリ１３のアクセスが同時に行われないように調停し、１個の処理表示メモリ１３に対し両方のアクセスが行えるようにする。
【００５１】
次に、処理表示メモリ１３に書き込まれた映像データを、任意に指定された角度だけ回転させて表示する動作について説明する。以下の説明では、ＨＵＰ表示することを前提としているが、もちろん他の表示モードで表示することも可能である。
【００５２】
まず、ＣＰＵ回路２０から、表示中心位置データと表示角度データが表示アドレス発生回路７へ設定される。この表示中心位置データは自船位置（＝アンテナ位置）を示す。処理表示メモリ１３はＴＭ−ＮＵＰで描画されるため、自船位置は自船の移動とともに変化する。一般的な使用方法では、レーダ画面の中心位置に自船位置がくるように画面表示を行うから、ＴＭ−ＮＵＰの処理表示メモリ１３に対して画面の中心がその時点の自船位置にくるように表示走査毎に表示中心位置データを更新する。また、船首方向が画面上方に固定されるためには、船首が向く真方位データから表示走査をどの角度に設定すればよいかが算出でき、この表示の傾きが表示角度データとして表示走査毎に出力される。
【００５３】
スキャン動作は、図３（ａ）に示されるように、黒点を中心とした小さい４角内の映像データを一辺が上方となるように、その一辺に平行に、ラスタスキャンされる。
【００５４】
表示アドレス発生回路７は、設定された表示中心位置データと表示角度データに基づいて、ラスタスキャン走査に応じて読み出すべき表示アドレスを順次発生させる。この表示アドレスは、書き込みアドレスと同様に、レーダ映像を描画する平面において、各ドットの対応する行と列の識別値であり、この値は行方向および列方向に線形に変化する。この表示アドレスは、ラスタスキャンのスキャン密度にしたがって一定間隔での平行線にしたがって算出される。
【００５５】
この表示アドレスを、処理表示メモリ１３の実メモリアドレスＡ０〜ＡN/K−１〜Ａｎ・・・に変換する。つまり、ラスタスキャンされるスキャンラインに沿って、表示アドレスに対する実メモリアドレスを算出し、新しい実メモリアドレスに当たった時点で、当該実メモリアドレスが変換値として得られる。
【００５６】
ラスタスキャンの表示読み出しは線形走査であるから、任意の表示点の次以降の表示位置は簡単に予測がつく。実際には、読み出し走査は、決められた周期と増加値で順次表示位置を操作することなので、どの時点でどのデータを読むかは走査制御で前もって決定されることになる。
【００５７】
処理表示メモリ１３から、変換値として得られた実メモリアドレス（例えばＡｎ）に該当する方形領域データが表示データキャッシュ１１に転送される。
【００５８】
ラスタスキャンは直線的に行われるから、その方形領域データを表示データキャッシュ１１上に置くことで、１度のメモリ読み出しで、複数回の読み出し動作が行われ、処理表示メモリ１３へのアクセス頻度を低減できる。これを図３（ｂ）についてみると、一度の処理表示メモリ１３へのアクセスで、実メモリアドレスＡｎの方形領域に含まれている６４ドットＤ０〜Ｄ６３のデータが表示データキャッシュ１１に転送される。表示データキャッシュ１１に転送された６４ドットのデータを、読み出し方向線（すなわちラスタスキャン方向）に沿って、表示アドレスにしたがって所定間隔毎に順次読み出して、当該方形領域から複数回の表示データが出力される。この例では６ドットのデータが表示データとして出力されている。
【００５９】
ここで、高速の走査が可能となる理由を具体的に説明する。表示データを処理表示メモリ１３から直接読み出す場合、アドレスの設定、メモリがデータ出力できるまでの待ち、出力データの保持、の３ステップの手順が必要であり、この読み出し動作を個々のドット毎に通常必要とされる表示走査周波数で行うことは時間的に不可能である。例えば、通常のパソコン画面などに用いられるＸＧＡ画面の場合では、１ドットあたり許容される表示周期は約１３ｎＳであり、一方高速な表示メモリ（例えばＳＤＲＡＭ）でもメモリアクセス１サイクルに２０〜３０ｎＳ程度が必要であるから、必要とされる画像データを正常にメモリから直接読み出すことが出来ない。なお、ＳＲＡＭは、メモリ速度は速いものの、１セルあたりの回路構成が複雑であることからその容量が小さく、表示メモリとしては使用できない。
【００６０】
これに対して、本発明では、方形領域（８×８ドット）のデータを一括して表示データキャッシュ１１に転送することで、表示走査における各ドットデータの読み出しは、メモリアクセスではなく、キャッシュのレジスタアクセスになり、通常のＣＭＯＳプロセスのＩＣでも数ｎＳの時間で出力できる。これにより、本発明では、低速のメモリアクセス速度で高速のラスタスキャン走査に対応可能となるのである。
【００６１】
つぎに、表示アドレスが更新され、表示データキャッシュ１１内のデータに該当する表示アドレスのデータがなくなった場合は、次の該当する表示アドレスに対応したメモリ制御回路１０内の方形領域データが表示データキャッシュ１１内に読み込まれ、ラスタスキャン表示動作が行われる。
【００６２】
表示データキャッシュ１１内に転送された方形領域からの読み出し回数は、表示場所によって異なり、最小１度の読み出しで表示データキャッシュ１１の内容が更新されなければならない場合もある。表示データキャッシュ１１から直接Ｄ／Ａ変換回路２３，ＣＲＴ表示器２４へ表示データを出力すると表示データが途切れる可能性があるため、表示データバッファ１２を設け、表示データキャッシュ１１からの読み出しを表示よりも数ドット先行して行い、常に表示データバッファ１２内に表示データが残るようバッファサイズを決定する。これにより、表示データは途切れることなくＤ／Ａ変換回路２３へ出力される。
【００６３】
この実施の形態では、ラスタスキャン走査の１画面表示毎（約１７ｍＳ）に、画面中心位置と表示角度を設定するから、ラスタスキャン走査の１画面表示毎にレーダ映像が回転、移動する。したがって、船首方位を画面上方に固定した状態で、自船の移動にリアルタイムに追従し、ちらつきがなく、滑らかに回転、移動するレーダ映像を表示することが出来る。
【００６４】
このように自船の移動にリアルタイムに追従したレーダ映像が表示されるから、１スキャン毎にしか映像が得られなかった従来のＨＵＰ表示モードに比べて、操船、例えば船首方向にブイを投入する時の操船など、が容易になる。
【００６５】
なお、以上の実施の形態では、処理表示メモリ１３へはＴＭ−ＮＵＰモードで映像データが書き込まれることとしているが、このモードに限ることなく、例えばＴＭ−ＣＵＰモードで処理表示メモリ１３へ映像データが書き込まれてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明では、任意の角度に表示映像を回転させ、ラスタスキャン表示走査で処理表示メモリから必要なデータを直接表示可能であるから、自船の旋回に応じて滑らかに表示映像を回転させることが可能となる。
【００６７】
また、船首方向を常に一定方向に固定し、自船の旋回に応じて表示映像を滑らかに回転させることが出来るから、船舶などの航行時に他船および障害物の発見が確実になり、安全航行援助に大きく寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船舶用レーダの全体構成図。
【図２】本発明の処理表示メモリ構成図。
【図３】本発明の処理表示メモリ読み出し方向説明図。
【図４】従来の船舶用レーダの全体構成図。
【図５】従来の処理表示メモリ読み出し方向説明図。
【図６】従来の処理表示メモリ構成図。
【符号の説明】
１ アンテナ部
２ Ａ／Ｄ変換回路
３ スイープメモリ
４ スキャン間処理回路
５ 処理表示メモリ
６ 処理データキャッシュ
７ 表示アドレス発生回路
８ メモリアドレス変換回路
９ メモリアドレス変換回路
１０ メモリ制御回路
１１ 表示データキャッシュ
１２ 表示データバッファ
１３ 処理表示メモリ
１４ アンテナ回転信号発生回路
１５ 距離角度信号制御回路
１６ 座標変換回路
１７ ジャイロインターフェース回路
１８ 速度情報入力回路
１９ 送受信機制御回路
２０ ＣＰＵ回路
２１ グラフィック制御回路
２２ グラフィックフレームメモリ
２３ Ｄ／Ａ変換回路
２４ ＣＲＴ表示器
Claims (2)
- メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元方形領域毎に、データを同時に書き込み、読み出し可能な処理表示メモリに、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶させ、かつ、
前記処理表示メモリから、指定された角度でラスタスキャンして前記方形領域毎にデータを読み出し、キャッシュで処理することにより、
指定の表示角度で回転させた映像を表示することを特徴とするレーダ映像表示方法。 - メモリアクセス１サイクルの動作で、所定２次元領域毎にデータを同時に書き込み、読み出し可能であり、所定の表示モードでレーダエコーデータを記憶する処理表示メモリ手段と、
少なくとも最新の１スイープのエコーデータを記憶するスイープメモリ手段と、
前記処理表示メモリ手段から、前記スイープメモリ手段に記憶されているエコーデータと対応する前記所定２次元方形領域毎のレーダエコーデータを読み出す第１キャッシュ手段と、
前記スイープメモリ手段のエコーデータと、前記所定２次元方形領域の該当するデータとをスキャン間処理を施した上で、前記所定２次元方形領域に書き込む新しいデータを形成する、スキャン間処理手段と、
前記処理表示メモリ手段から、指定された角度でラスタスキャンして、前記方形領域毎にデータを読み出し、前記ラスタスキャンのラインに沿ってデータを処理する第２キャッシュ手段と、
この第２キャッシュ手段からのデータを受け、表示する表示器手段とを備え、
前記処理表示メモリ手段に記憶されたレーダエコーデータを前記指定された角度だけ回転させた映像を表示することを特徴とするレーダ装置。
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| JP2000375870A JP3696502B2 (ja) | 2000-12-11 | 2000-12-11 | レーダ映像表示方法およびレーダ装置 |
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