JP3750904B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、船舶などの水上目標を観測してそのレーダ画像を得るレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば特許第２７３８２４４号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１４において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、６は相関演算手段、７は目標追尾手段、８は点像応答推定手段、９は目標アスペクト角推定手段、１０はＲＣＳ算出手段、１１は目標形状データ蓄積手段、１２は畳み込み積分手段、１３は最大値検出手段、１４は目標識別結果出力手段である。
【０００４】
つぎに、従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図１５及び図１６は、この装置による観測のジオメトリを説明するための図で、４は送受信アンテナ、３５は目標である。
【０００５】
また、図１７は、画像再生手段５の詳細な構成を示す図で、３９はレンジ圧縮手段、４０は動き補償手段、４１はクロスレンジ圧縮手段、４２は２次元記憶手段である。
【０００６】
送信機１で発生した高周波信号は、送受切替器３を経て送受信アンテナ４から目標３５にむけて放射される。目標３５に照射された高周波信号の一部は目標３５で反射して再び送受信アンテナ４で受信され、送受切替器３を経て受信機２で増幅・検波されたのち、画像再生手段５によって目標３５の電波散乱断面積（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ：ＲＣＳ）分布を表すレーダ画像に変換される。以下に画像再生の方法について詳しく説明する。
【０００７】
受信機２から出力された受信信号は画像再生手段５へ入力され、まずレンジ圧縮手段３９でレンジ分解能を向上させる処理、すなわちパルス圧縮が行われる。レンジ圧縮後の受信信号は、２次元記憶手段４２にレンジビン番号ｍおよびパルスヒット番号ｎに応じて格納される。目標３５の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は２次元記憶手段４２から読み出され、目標３５の中心点４３のドップラー周波数がゼロになるように、動き補償手段４０によって位相補償とレンジビンの並べ換えが行われ、再び２次元記憶手段４２に格納される。
【０００８】
いま、図１５に示すように、目標３５が旋回運動により回転しているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラー周波数の反射波を生じる。また、目標３５が直進運動している場合であっても同様に、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラー周波数の反射波を生じる。これは図１６（ａ）に示す運動は、動き補償手段４０の働きによって図１６（ｂ）に示す運動と等価になることから理解できる。
【０００９】
これを利用してクロスレンジ圧縮手段４１は、上記位相補償後の信号をレンジビン毎にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することにより、レンジと直交する方向であるクロスレンジの分解能を向上させる。これらの処理によって受信信号は、レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化されて、目標上の各点のＲＣＳ分布を表すレーダ画像に変換される。
【００１０】
一方、目標追尾手段７は、受信信号から目標の距離と方位、およびそれらの時間変化を測定して、目標３５の進行方向、位置、速度、加速度などの運動特性を求める。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段８によって算出される。
【００１１】
また、目標アスペクト角推定手段９は、目標追尾手段７が算出した目標３５の進行方向と位置から目標３５のアスペクト角を推定する。ＲＣＳ算出手段１０は、目標形状データ蓄積手段１１に格納された目標の３次元形状を順次読み出して推定した目標のアスペクト角とレーダ諸元に基づいて目標のＲＣＳ分布を算出する。ＲＣＳ分布の計算には、例えばＧＴＤ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）やＰＴＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）などの良く知られた手法が利用できる。
【００１２】
目標の種類を識別するためには、画像再生手段５で得られたレーダ画像を、上記ＲＣＳ分布と比較・照合する必要がある。しかし、レーダ画像のレンジ分解能は送信帯域幅に依存して決まり、クロスレンジ分解能は目標の運動に依存して決まるので、上記ＲＣＳ分布の分解能すなわち目標形状データの分解能とは一般に一致せず、比較・照合できない。
【００１３】
そこで、これを整合させるために畳み込み積分手段１２は、上記ＲＣＳ分布に点像応答関数の畳み込み積分を行い、比較・照合のための辞書画像を生成する。
【００１４】
相関演算手段６は、上記レーダ画像と順次生成される上記辞書画像との相関値を求め、最大値検出手段１３は順次算出される相関値の中から最大となるものを検出し、目標識別結果出力手段１４は相関値が最大となった辞書画像に相当する目標の情報、例えば形状や名称などを目標形状データ蓄積手段１１より読み出してこれを出力することにより、レーダによる目標の自動識別を実現することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
船舶のような水上目標は移動速度が航空機と比較して１／１０程度、あるいはそれ以下であるので、これらの目標を観測した場合には、レーダ画像の生成に寄与する目標の運動の主要な成分は直進運動ではなく、ロール、ピッチ、ヨーの回転運動である。従来のレーダ装置は上のように構成されているので、ロール、ピッチ、ヨーの回転運動を推定する手段を持たないという問題点があった。。また、これらの動揺を決定する目標の構造パラメータを推定する手段をもたないという問題点があった。
【００１６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、レーダ画像に基づいて水上目標の動揺を推定し、さらに、その結果から目標の構造パラメータを推定することのできるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの出力に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、目標の全幅を格納するデータベースと、前記動揺周期及び前記全幅に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたものである。
【００１８】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、前記データベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段を備えたものである。
【００１９】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標の進行方向及び位置を求める目標追尾手段と、前記目標追尾手段により算出した目標の進行方向及び位置から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、目標の全高を格納する第１のデータベースと、前記画像再生手段からのレーダ画像、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記目標アスペクト角推定手段からのアスペクト角、及び前記第１のデータベースに格納された全高に基づいて前記目標の動揺角度振幅を算出する動揺角度振幅算出手段と、目標の全幅を格納する第２のデータベースと、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記動揺角度振幅算出手段からの動揺角度振幅、前記第２のデータベースに格納された全幅、及び外部からの気象情報に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたものである。
【００２０】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、前記第１のデータベースの代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて目標の全高を測定する全高算出手段と、前記第２のデータベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段とを備えたものである。
【００２１】
この発明の請求項５に係るレーダ装置は、前記第１のデータベースの代わりに、目標のレーダ散乱断面積分布を格納する第３のデータベースと、前記第３のデータベースから目標のレーダ散乱断面積分布を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを選択してその高さを出力する輝点高さ算出手段とを備えたものである。
【００２２】
この発明の請求項６に係るレーダ装置は、前記外部からの気象情報の代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて水面の情報を測定する水面測定手段を備えたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２４】
図１において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、１５は目標の構造パラメータを格納するデータベース、１６は目標のロールの周期を推定する動揺周期算出手段、１７は目標の全幅を記録したデータベース、２３は構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段である。なお、送信機１から画像再生手段５までは、図１４に示した従来の装置ものと同一または同等の手段である。
【００２５】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における目標の運動を示す図である。
【００２６】
図２において、４４は水上目標、１８はレーダの送受信アンテナ４と目標４４とを結ぶ直線であるＬＯＳ(Line of sight)、１９は目標４４とＬＯＳのなすアスペクト角、２０は目標のロール(roll)の運動、２１はピッチ(pitch)の運動、２２はヨー(yaw)の運動である。
【００２７】
図１に示す装置において、送信機１から画像再生手段５までの動作は図１４に示した従来の装置ものと同様で、観測した目標のレーダ画像を再生する。動揺周期算出手段１６は、レーダ画像のクロスレンジ軸、すなわちドップラー周波数幅の伸縮から、目標のロールの動揺周期を推定する。
【００２８】
この様子を図３に示す。この図はレーダ画像のドップラー周波数３６と時間の関係を示したもので、目標の動揺に応じてドップラー周波数が伸縮するので、例えばアスペクト角が９０度、または２７０度付近にあって、目標のヨーの運動が十分小さいか、あるいはロールの周期と比較してヨーの周期が十分に長いのであれば、図３の周期からロールの周期を求めることができる。
【００２９】
次に、構造パラメータ逆算手段２３の動作について説明する。水上目標４４のロール運動は、船体の構造によって決まることが知られている。ロールの周期Ｔrは次の式（１）で与えられる。この式（１）は例えば、関西造船協会編、造船設計便覧（第４版）、海文堂出版、昭和５８年、の４１４ページに記載されたものである。
【００３０】
【数１】
【００３１】
ただし、ｇは重力加速度、ＧＭは船体の重心とモーメント中心の距離を表す船体の構造パラメータである。また、ｋxxは重心をとおる縦軸まわりの見かけの環動半径で、次の式（２）で与えられる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ただし、Ｂは船体の全幅である。また、ｃは船の種類と積載状態によって決まる係数で、その代表的な値が上記造船設計便覧（第４版）の４１４ページに記載されている。
【００３４】
いま、目標の形状は既知であるとすると、式（１）、式（２）において、未知のパラメータはＧＭと係数ｃの２つである。そこで、構造パラメータ逆算手段２３は、これらの式に基づいてＧＭと係数ｃの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００３５】
このように本実施の形態１の構成によれば、レーダ画像に基づいて水上目標の構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図４において、送信機１から構造パラメータ逆算手段２３までは図１に示す実施の形態１の装置ものと同一または同等の手段であり、２４は全幅算出手段である。
【００３７】
上記の実施の形態１では目標の形状が既知であると仮定したが、ここでは目標の形状は未知であるものとする。そこで、全幅算出手段２４は、レーダ画像のレンジの軸における目標の拡がりから全幅を算出して出力し、構造パラメータ逆算手段２３は、実施の形態１と同様に、式（１）、（２）に基づいてＧＭと係数ｃの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００３８】
このように本実施の形態２の構成によれば、水上目標の形状が未知であってもレーダ画像に基づいてその構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００４０】
図５において、送信機１から動揺周期算出手段１６までは、図１４に示す従来の装置、あるいは図１に示す実施の形態１の装置ものと同一または同等の手段である。また、同図において、２３’は構造パラメータ逆算手段であるが、後に説明するように実施の形態１の装置ものと動作がやや異なる。さらに、２５は目標の全高データを格納するデータベース、２６は動揺角度振幅算出手段である。
【００４１】
次に、動作について説明する。図５の装置において、送信機１から目標アスペクト角推定手段９までの動作は、図１４に示す従来の装置のものと同一である。また、受信機２から動揺周期算出手段１６までの動作は、図１に示す実施の形態１の装置と同一である。動揺角度振幅算出手段２６は、目標の動揺角度振幅を次のようにして算出する。
【００４２】
例えば、アスペクト角が９０度、または２７０度付近にあって、目標のヨーの運動が十分小さいか、あるいはロールの周期と比較してヨーの周期が十分に長いとし、目標の動揺角度φrを次の式（３）で与えられると仮定する。
【００４３】
【数３】
【００４４】
ただし、Ａrは動揺角度振幅、Ｔrはロールの周期である。
【００４５】
また、この動揺によるドップラー周波数は次の式（４）で示される。
【００４６】
【数４】
【００４７】
ただし、λは波長、ｈは動揺の半径、あるいは目標の高さ、θASはアスペクト角である。従って、その最大のドップラー周波数拡がりは次の式（５）で与えられる。
【００４８】
【数５】
【００４９】
ただし、Ｈは目標の全高である。この式（５）において、未知数はドップラー周波数拡がりｆdMAXと動揺角度振幅Ａrのみであるので、レーダ画像からｆdMAXを計測すればＡrを算出することができる。
【００５０】
また、構造パラメータ逆算手段２３’は次のように動作する。まず、ロールの角度振幅Ａrについて次の近似式（６）が成立する。この式（６）は例えば、上記造船設計便覧（第４版）の４１７ページに記載されたものである。
【００５１】
【数６】
【００５２】
ただし、Ｎは減滅係数、γは波の有効傾斜係数である。減滅係数Ｎは船種によってその代表的な値が上記造船設計便覧（第４版）の４１５ページに記載されている。また、Θは最大波傾斜角で次の式（７）で与えられる。
【００５３】
【数７】
【００５４】
ただし、θは水面の波が目標となす角度、Ｌwは波の周期、Ｈwは波の高さである。
【００５５】
構造パラメータ逆算手段２３’は、外部の気象情報から、波の周期Ｌw、波の高さＨwを知り、最大波傾斜角Θを算出する。また、波の方位とアスペクト角、およびＬＯＳの方位から波が目標となす角度θを算出する。また、ロールの周期Ｔrを動揺周期算出手段１６から得る。さらに、目標の動揺角度振幅Ａrを動揺角度振幅算出手段２６から得る。
【００５６】
この結果、未知数は減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの２つである。そこで、構造パラメータ逆算手段２３’は、これらの式に基づいて減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００５７】
このように本実施の形態３の構成によれば、レーダ画像に基づいて水上目標の構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００５８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図６において、４’はモノパルスアンテナ、２７は全高算出手段である。その他の手段は図４および図５に示す実施の形態２および３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００６０】
上記の実施の形態３では目標の形状が既知であると仮定したが、ここでは目標の形状は未知であるものとする。上記実施の形態２あるいは３と同様に、画像再生手段５は観測した目標のレーダ画像を再生し、動揺周期算出手段１６はレーダ画像のクロスレンジ軸、すなわちドップラー周波数幅の伸縮から、目標のロールの動揺周期を推定し、全幅算出手段２４はレーダ画像のレンジの軸における目標の拡がりから全幅を算出して出力する。また、動揺角度振幅算出手段２６は、目標の動揺角度振幅を算出する。
【００６１】
構造パラメータ逆算手段２３’は、上記実施の形態３と同様に、減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を求めるが、上記実施の形態３と異なり、ここでは目標の形状が未知であるので、目標の全高Ｈを求める必要がある。そこで、良く知られたモノパルス観測によって目標の垂直方向の角度差を求め、距離と角度差から目標の全高を算出する。この仕組みを図７に示す。
【００６２】
モノパルス観測では、距離毎に主要な電波散乱点の角度を知ることができるので、その最小値と最大値の差Δθelを求めることによって、全高算出手段２７は、次の式（８）により目標の全高を求める。ただし、Ｒは目標までの距離である。
【００６３】
【数８】
【００６４】
したがって、構造パラメータ逆算手段２３’は、上記実施の形態３と同様に、減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を求めることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００６５】
このように本実施の形態４の構成によれば、水上目標の形状が未知であってもレーダ画像に基づいてその構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００６６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００６７】
図８において、２８はＲＣＳ分布を格納するデータベース、２９は輝点高さ算出手段である。その他の手段は図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００６８】
上記の実施の形態３では、動揺角度振幅算出手段２６は目標の全高をデータ２５から読みだして動揺角度振幅を計算していたが、この方法では、目標の頭頂部からの電波の反射が微弱である場合には、レーダ画像におけるドップラー周波数拡がりが予想よりも狭くなって、動揺角度振幅の計算結果に誤差を生じる場合があった。そこで、この実施の形態５では図９に示すように、頭頂部３０の代わりに、ドップラー周波数拡がりに寄与する有効な反射点３１を予測し、その高さＨ’を用いて動揺角度振幅を計算することにより誤差を軽減する。
【００６９】
輝点高さ算出手段２９は、目標の電波散乱断面積の分布を記録したＲＣＳ分布２８を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを反射点３１として選択し、その高さＨ’を出力する。
【００７０】
したがって、動揺角度振幅算出手段２６は目標の動揺角度振幅を精度良く計算できて、構造パラメータ逆算手段２３’による目標の構造パラメータの計算精度が向上する。
【００７１】
このように本実施の形態５の構成によれば、水上目標の構造パラメータを高精度に推定するレーダ装置を得ることができる。
【００７２】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図１０において、３２は水面測定手段である。その他の手段は図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００７４】
また、水面測定手段３２の観測のジオメトリを図１１に示す。図１１において、３７はレーダを搭載したプラットフォーム、３８ａ、ｂ、ｃは水面を観測するアンテナビームの３つのフットプリント（領域）である。
【００７５】
次に、動作について説明する。図１０の装置において、水面測定手段３２を除くそれぞれの手段の動作は、図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等である。水面測定手段３２は、レーダを用いて観測水域の水面の状態を測定する。
【００７６】
以下、水面測定手段３２の動作について図１１を用いて説明する。水面測定手段３２は、波の向きを基準として角度θ1の領域３８ａと、角度θ2の領域３８ｂへアンテナを指向して、それぞれの反射電力の距離分布を取得する。水面の反射係数は、水面と電波の入射角度の差に依存するので、反射電力の距離分布から電波入射方向における水面の波の周期を知ることができる。
【００７７】
この様子を図１２に示す。図１２（ａ）は領域３８ａの反射電力の距離分布を、図１２（ｂ）は領域３８ｂの反射電力の距離分布を示す。いま、波の周期をＬw、領域３８ａにおける波の周期の測定値をＬw1、領域３８ｂにおける波の周期の測定値をＬw2とすると、これらの間には次の関係式（９）、（１０）が成り立つ。
【００７８】
【数９】
【００７９】
ここで、θ1とθ2の差Δθを導入することによって、次の式（１１）が得られる。
【００８０】
【数１０】
【００８１】
この式（１１）において未知変数は波の周期Ｌwのみであるので、式（１１）からこれを求めることができる。また、その結果を式（９）あるいは式（１０）へ代入することにより波の向きを求めることができる。
【００８２】
次に、水面測定手段３２は直下の領域３８ｃへアンテナを指向して、水面までの距離（高さ）を測定する。測定位置あるいは時間を変えて何回か繰り返すことにより、図１３に示すように水面までの距離の変化を求めることができる。このグラフから波の高さＨwを求めることができる。
【００８３】
このように本実施の形態６の構成によれば、外部から気象情報を得ることなく、水上目標の構造パラメータを高精度に推定するレーダ装置を得ることができる。
【００８４】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの出力に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、目標の全幅を格納するデータベースと、前記動揺周期及び前記全幅に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたので、目標の構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８５】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段を備えたので、目標の形状が未知であってもその構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８６】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標の進行方向及び位置を求める目標追尾手段と、前記目標追尾手段により算出した目標の進行方向及び位置から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、目標の全高を格納する第１のデータベースと、前記画像再生手段からのレーダ画像、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記目標アスペクト角推定手段からのアスペクト角、及び前記第１のデータベースに格納された全高に基づいて前記目標の動揺角度振幅を算出する動揺角度振幅算出手段と、目標の全幅を格納する第２のデータベースと、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記動揺角度振幅算出手段からの動揺角度振幅、前記第２のデータベースに格納された全幅、及び外部からの気象情報に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたので、目標の構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８７】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記第１のデータベースの代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて目標の全高を測定する全高算出手段と、前記第２のデータベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段とを備えたので、目標の形状が未知であってもその構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８８】
この発明の請求項５に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記第１のデータベースの代わりに、目標のレーダ散乱断面積分布を格納する第３のデータベースと、前記第３のデータベースから目標のレーダ散乱断面積分布を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを選択してその高さを出力する輝点高さ算出手段とを備えたので、目標の構造パラメータを高精度に推定することができるという効果を奏する。
【００８９】
この発明の請求項６に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記外部からの気象情報の代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて水面の情報を測定する水面測定手段を備えたので、目標の構造パラメータを高精度に推定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における目標の運動を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のレーダ画像のドップラー周波数と時間の関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の距離と角度差から目標の全高を算出する原理を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作原理を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の水面測定手段の観測のジオメトリを示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の動作を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の動作を示す図である。
【図１４】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 従来のレーダ装置による観測のジオメトリを説明するための図である。
【図１６】 従来のレーダ装置による観測のジオメトリを説明するための図である。
【図１７】 従来のレーダ装置の画像再生手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 送信機、２ 受信機、３ 送受切替器、４ 送受信アンテナ、５ 画像再生手段、１５ 構造パラメータ、１６ 動揺周期算出手段、１７ 全幅データベース、２３ 構造パラメータ逆算手段、２４ 全幅算出手段、２５ 全高データベース、２６ 動揺角度振幅算出手段、２７ 全高算出手段、２８ ＲＣＳ分布データベース、２９ 輝点高さ算出手段、３２ 水面測定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、船舶などの水上目標を観測してそのレーダ画像を得るレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１４は、例えば特許第２７３８２４４号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１４において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、６は相関演算手段、７は目標追尾手段、８は点像応答推定手段、９は目標アスペクト角推定手段、１０はＲＣＳ算出手段、１１は目標形状データ蓄積手段、１２は畳み込み積分手段、１３は最大値検出手段、１４は目標識別結果出力手段である。
【０００４】
つぎに、従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図１５及び図１６は、この装置による観測のジオメトリを説明するための図で、４は送受信アンテナ、３５は目標である。
【０００５】
また、図１７は、画像再生手段５の詳細な構成を示す図で、３９はレンジ圧縮手段、４０は動き補償手段、４１はクロスレンジ圧縮手段、４２は２次元記憶手段である。
【０００６】
送信機１で発生した高周波信号は、送受切替器３を経て送受信アンテナ４から目標３５にむけて放射される。目標３５に照射された高周波信号の一部は目標３５で反射して再び送受信アンテナ４で受信され、送受切替器３を経て受信機２で増幅・検波されたのち、画像再生手段５によって目標３５の電波散乱断面積（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ：ＲＣＳ）分布を表すレーダ画像に変換される。以下に画像再生の方法について詳しく説明する。
【０００７】
受信機２から出力された受信信号は画像再生手段５へ入力され、まずレンジ圧縮手段３９でレンジ分解能を向上させる処理、すなわちパルス圧縮が行われる。レンジ圧縮後の受信信号は、２次元記憶手段４２にレンジビン番号ｍおよびパルスヒット番号ｎに応じて格納される。目標３５の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は２次元記憶手段４２から読み出され、目標３５の中心点４３のドップラー周波数がゼロになるように、動き補償手段４０によって位相補償とレンジビンの並べ換えが行われ、再び２次元記憶手段４２に格納される。
【０００８】
いま、図１５に示すように、目標３５が旋回運動により回転しているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラー周波数の反射波を生じる。また、目標３５が直進運動している場合であっても同様に、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラー周波数の反射波を生じる。これは図１６（ａ）に示す運動は、動き補償手段４０の働きによって図１６（ｂ）に示す運動と等価になることから理解できる。
【０００９】
これを利用してクロスレンジ圧縮手段４１は、上記位相補償後の信号をレンジビン毎にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することにより、レンジと直交する方向であるクロスレンジの分解能を向上させる。これらの処理によって受信信号は、レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化されて、目標上の各点のＲＣＳ分布を表すレーダ画像に変換される。
【００１０】
一方、目標追尾手段７は、受信信号から目標の距離と方位、およびそれらの時間変化を測定して、目標３５の進行方向、位置、速度、加速度などの運動特性を求める。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段８によって算出される。
【００１１】
また、目標アスペクト角推定手段９は、目標追尾手段７が算出した目標３５の進行方向と位置から目標３５のアスペクト角を推定する。ＲＣＳ算出手段１０は、目標形状データ蓄積手段１１に格納された目標の３次元形状を順次読み出して推定した目標のアスペクト角とレーダ諸元に基づいて目標のＲＣＳ分布を算出する。ＲＣＳ分布の計算には、例えばＧＴＤ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）やＰＴＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）などの良く知られた手法が利用できる。
【００１２】
目標の種類を識別するためには、画像再生手段５で得られたレーダ画像を、上記ＲＣＳ分布と比較・照合する必要がある。しかし、レーダ画像のレンジ分解能は送信帯域幅に依存して決まり、クロスレンジ分解能は目標の運動に依存して決まるので、上記ＲＣＳ分布の分解能すなわち目標形状データの分解能とは一般に一致せず、比較・照合できない。
【００１３】
そこで、これを整合させるために畳み込み積分手段１２は、上記ＲＣＳ分布に点像応答関数の畳み込み積分を行い、比較・照合のための辞書画像を生成する。
【００１４】
相関演算手段６は、上記レーダ画像と順次生成される上記辞書画像との相関値を求め、最大値検出手段１３は順次算出される相関値の中から最大となるものを検出し、目標識別結果出力手段１４は相関値が最大となった辞書画像に相当する目標の情報、例えば形状や名称などを目標形状データ蓄積手段１１より読み出してこれを出力することにより、レーダによる目標の自動識別を実現することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
船舶のような水上目標は移動速度が航空機と比較して１／１０程度、あるいはそれ以下であるので、これらの目標を観測した場合には、レーダ画像の生成に寄与する目標の運動の主要な成分は直進運動ではなく、ロール、ピッチ、ヨーの回転運動である。従来のレーダ装置は上のように構成されているので、ロール、ピッチ、ヨーの回転運動を推定する手段を持たないという問題点があった。。また、これらの動揺を決定する目標の構造パラメータを推定する手段をもたないという問題点があった。
【００１６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、レーダ画像に基づいて水上目標の動揺を推定し、さらに、その結果から目標の構造パラメータを推定することのできるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの出力に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、目標の全幅を格納するデータベースと、前記動揺周期及び前記全幅に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたものである。
【００１８】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、前記データベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段を備えたものである。
【００１９】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標の進行方向及び位置を求める目標追尾手段と、前記目標追尾手段により算出した目標の進行方向及び位置から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、目標の全高を格納する第１のデータベースと、前記画像再生手段からのレーダ画像、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記目標アスペクト角推定手段からのアスペクト角、及び前記第１のデータベースに格納された全高に基づいて前記目標の動揺角度振幅を算出する動揺角度振幅算出手段と、目標の全幅を格納する第２のデータベースと、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記動揺角度振幅算出手段からの動揺角度振幅、前記第２のデータベースに格納された全幅、及び外部からの気象情報に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたものである。
【００２０】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、前記第１のデータベースの代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて目標の全高を測定する全高算出手段と、前記第２のデータベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段とを備えたものである。
【００２１】
この発明の請求項５に係るレーダ装置は、前記第１のデータベースの代わりに、目標のレーダ散乱断面積分布を格納する第３のデータベースと、前記第３のデータベースから目標のレーダ散乱断面積分布を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを選択してその高さを出力する輝点高さ算出手段とを備えたものである。
【００２２】
この発明の請求項６に係るレーダ装置は、前記外部からの気象情報の代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて水面の情報を測定する水面測定手段を備えたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２４】
図１において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、１５は目標の構造パラメータを格納するデータベース、１６は目標のロールの周期を推定する動揺周期算出手段、１７は目標の全幅を記録したデータベース、２３は構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段である。なお、送信機１から画像再生手段５までは、図１４に示した従来の装置ものと同一または同等の手段である。
【００２５】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における目標の運動を示す図である。
【００２６】
図２において、４４は水上目標、１８はレーダの送受信アンテナ４と目標４４とを結ぶ直線であるＬＯＳ(Line of sight)、１９は目標４４とＬＯＳのなすアスペクト角、２０は目標のロール(roll)の運動、２１はピッチ(pitch)の運動、２２はヨー(yaw)の運動である。
【００２７】
図１に示す装置において、送信機１から画像再生手段５までの動作は図１４に示した従来の装置ものと同様で、観測した目標のレーダ画像を再生する。動揺周期算出手段１６は、レーダ画像のクロスレンジ軸、すなわちドップラー周波数幅の伸縮から、目標のロールの動揺周期を推定する。
【００２８】
この様子を図３に示す。この図はレーダ画像のドップラー周波数３６と時間の関係を示したもので、目標の動揺に応じてドップラー周波数が伸縮するので、例えばアスペクト角が９０度、または２７０度付近にあって、目標のヨーの運動が十分小さいか、あるいはロールの周期と比較してヨーの周期が十分に長いのであれば、図３の周期からロールの周期を求めることができる。
【００２９】
次に、構造パラメータ逆算手段２３の動作について説明する。水上目標４４のロール運動は、船体の構造によって決まることが知られている。ロールの周期Ｔrは次の式（１）で与えられる。この式（１）は例えば、関西造船協会編、造船設計便覧（第４版）、海文堂出版、昭和５８年、の４１４ページに記載されたものである。
【００３０】
【数１】
ただし、ｇは重力加速度、ＧＭは船体の重心とモーメント中心の距離を表す船体の構造パラメータである。また、ｋxxは重心をとおる縦軸まわりの見かけの環動半径で、次の式（２）で与えられる。
【００３２】
【数２】
ただし、Ｂは船体の全幅である。また、ｃは船の種類と積載状態によって決まる係数で、その代表的な値が上記造船設計便覧（第４版）の４１４ページに記載されている。
【００３４】
いま、目標の形状は既知であるとすると、式（１）、式（２）において、未知のパラメータはＧＭと係数ｃの２つである。そこで、構造パラメータ逆算手段２３は、これらの式に基づいてＧＭと係数ｃの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００３５】
このように本実施の形態１の構成によれば、レーダ画像に基づいて水上目標の構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図４において、送信機１から構造パラメータ逆算手段２３までは図１に示す実施の形態１の装置ものと同一または同等の手段であり、２４は全幅算出手段である。
【００３７】
上記の実施の形態１では目標の形状が既知であると仮定したが、ここでは目標の形状は未知であるものとする。そこで、全幅算出手段２４は、レーダ画像のレンジの軸における目標の拡がりから全幅を算出して出力し、構造パラメータ逆算手段２３は、実施の形態１と同様に、式（１）、（２）に基づいてＧＭと係数ｃの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００３８】
このように本実施の形態２の構成によれば、水上目標の形状が未知であってもレーダ画像に基づいてその構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００４０】
図５において、送信機１から動揺周期算出手段１６までは、図１４に示す従来の装置、あるいは図１に示す実施の形態１の装置ものと同一または同等の手段である。また、同図において、２３’は構造パラメータ逆算手段であるが、後に説明するように実施の形態１の装置ものと動作がやや異なる。さらに、２５は目標の全高データを格納するデータベース、２６は動揺角度振幅算出手段である。
【００４１】
次に、動作について説明する。図５の装置において、送信機１から目標アスペクト角推定手段９までの動作は、図１４に示す従来の装置のものと同一である。また、受信機２から動揺周期算出手段１６までの動作は、図１に示す実施の形態１の装置と同一である。動揺角度振幅算出手段２６は、目標の動揺角度振幅を次のようにして算出する。
【００４２】
例えば、アスペクト角が９０度、または２７０度付近にあって、目標のヨーの運動が十分小さいか、あるいはロールの周期と比較してヨーの周期が十分に長いとし、目標の動揺角度φrを次の式（３）で与えられると仮定する。
【００４３】
【数３】
ただし、Ａrは動揺角度振幅、Ｔrはロールの周期である。
【００４５】
また、この動揺によるドップラー周波数は次の式（４）で示される。
【００４６】
【数４】
ただし、λは波長、ｈは動揺の半径、あるいは目標の高さ、θASはアスペクト角である。従って、その最大のドップラー周波数拡がりは次の式（５）で与えられる。
【００４８】
【数５】
ただし、Ｈは目標の全高である。この式（５）において、未知数はドップラー周波数拡がりｆdMAXと動揺角度振幅Ａrのみであるので、レーダ画像からｆdMAXを計測すればＡrを算出することができる。
【００５０】
また、構造パラメータ逆算手段２３’は次のように動作する。まず、ロールの角度振幅Ａrについて次の近似式（６）が成立する。この式（６）は例えば、上記造船設計便覧（第４版）の４１７ページに記載されたものである。
【００５１】
【数６】
ただし、Ｎは減滅係数、γは波の有効傾斜係数である。減滅係数Ｎは船種によってその代表的な値が上記造船設計便覧（第４版）の４１５ページに記載されている。また、Θは最大波傾斜角で次の式（７）で与えられる。
【００５３】
【数７】
ただし、θは水面の波が目標となす角度、Ｌwは波の周期、Ｈwは波の高さである。
【００５５】
構造パラメータ逆算手段２３’は、外部の気象情報から、波の周期Ｌw、波の高さＨwを知り、最大波傾斜角Θを算出する。また、波の方位とアスペクト角、およびＬＯＳの方位から波が目標となす角度θを算出する。また、ロールの周期Ｔrを動揺周期算出手段１６から得る。さらに、目標の動揺角度振幅Ａrを動揺角度振幅算出手段２６から得る。
【００５６】
この結果、未知数は減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの２つである。そこで、構造パラメータ逆算手段２３’は、これらの式に基づいて減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を得ることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００５７】
このように本実施の形態３の構成によれば、レーダ画像に基づいて水上目標の構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００５８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図６において、４’はモノパルスアンテナ、２７は全高算出手段である。その他の手段は図４および図５に示す実施の形態２および３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００６０】
上記の実施の形態３では目標の形状が既知であると仮定したが、ここでは目標の形状は未知であるものとする。上記実施の形態２あるいは３と同様に、画像再生手段５は観測した目標のレーダ画像を再生し、動揺周期算出手段１６はレーダ画像のクロスレンジ軸、すなわちドップラー周波数幅の伸縮から、目標のロールの動揺周期を推定し、全幅算出手段２４はレーダ画像のレンジの軸における目標の拡がりから全幅を算出して出力する。また、動揺角度振幅算出手段２６は、目標の動揺角度振幅を算出する。
【００６１】
構造パラメータ逆算手段２３’は、上記実施の形態３と同様に、減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を求めるが、上記実施の形態３と異なり、ここでは目標の形状が未知であるので、目標の全高Ｈを求める必要がある。そこで、良く知られたモノパルス観測によって目標の垂直方向の角度差を求め、距離と角度差から目標の全高を算出する。この仕組みを図７に示す。
【００６２】
モノパルス観測では、距離毎に主要な電波散乱点の角度を知ることができるので、その最小値と最大値の差Δθelを求めることによって、全高算出手段２７は、次の式（８）により目標の全高を求める。ただし、Ｒは目標までの距離である。
【００６３】
【数８】
したがって、構造パラメータ逆算手段２３’は、上記実施の形態３と同様に、減滅係数Ｎと波の有効傾斜係数γの関係を求めることができる。あるいは、どちらか一方が既知の値であれば他方を算出することができる。
【００６５】
このように本実施の形態４の構成によれば、水上目標の形状が未知であってもレーダ画像に基づいてその構造パラメータを推定するレーダ装置を得ることができる。
【００６６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００６７】
図８において、２８はＲＣＳ分布を格納するデータベース、２９は輝点高さ算出手段である。その他の手段は図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００６８】
上記の実施の形態３では、動揺角度振幅算出手段２６は目標の全高をデータ２５から読みだして動揺角度振幅を計算していたが、この方法では、目標の頭頂部からの電波の反射が微弱である場合には、レーダ画像におけるドップラー周波数拡がりが予想よりも狭くなって、動揺角度振幅の計算結果に誤差を生じる場合があった。そこで、この実施の形態５では図９に示すように、頭頂部３０の代わりに、ドップラー周波数拡がりに寄与する有効な反射点３１を予測し、その高さＨ’を用いて動揺角度振幅を計算することにより誤差を軽減する。
【００６９】
輝点高さ算出手段２９は、目標の電波散乱断面積の分布を記録したＲＣＳ分布２８を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを反射点３１として選択し、その高さＨ’を出力する。
【００７０】
したがって、動揺角度振幅算出手段２６は目標の動揺角度振幅を精度良く計算できて、構造パラメータ逆算手段２３’による目標の構造パラメータの計算精度が向上する。
【００７１】
このように本実施の形態５の構成によれば、水上目標の構造パラメータを高精度に推定するレーダ装置を得ることができる。
【００７２】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図１０において、３２は水面測定手段である。その他の手段は図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等の手段である。
【００７４】
また、水面測定手段３２の観測のジオメトリを図１１に示す。図１１において、３７はレーダを搭載したプラットフォーム、３８ａ、ｂ、ｃは水面を観測するアンテナビームの３つのフットプリント（領域）である。
【００７５】
次に、動作について説明する。図１０の装置において、水面測定手段３２を除くそれぞれの手段の動作は、図５に示す実施の形態３の装置ものと同一または同等である。水面測定手段３２は、レーダを用いて観測水域の水面の状態を測定する。
【００７６】
以下、水面測定手段３２の動作について図１１を用いて説明する。水面測定手段３２は、波の向きを基準として角度θ1の領域３８ａと、角度θ2の領域３８ｂへアンテナを指向して、それぞれの反射電力の距離分布を取得する。水面の反射係数は、水面と電波の入射角度の差に依存するので、反射電力の距離分布から電波入射方向における水面の波の周期を知ることができる。
【００７７】
この様子を図１２に示す。図１２（ａ）は領域３８ａの反射電力の距離分布を、図１２（ｂ）は領域３８ｂの反射電力の距離分布を示す。いま、波の周期をＬw、領域３８ａにおける波の周期の測定値をＬw1、領域３８ｂにおける波の周期の測定値をＬw2とすると、これらの間には次の関係式（９）、（１０）が成り立つ。
【００７８】
【数９】
ここで、θ1とθ2の差Δθを導入することによって、次の式（１１）が得られる。
【００８０】
【数１０】
この式（１１）において未知変数は波の周期Ｌwのみであるので、式（１１）からこれを求めることができる。また、その結果を式（９）あるいは式（１０）へ代入することにより波の向きを求めることができる。
【００８２】
次に、水面測定手段３２は直下の領域３８ｃへアンテナを指向して、水面までの距離（高さ）を測定する。測定位置あるいは時間を変えて何回か繰り返すことにより、図１３に示すように水面までの距離の変化を求めることができる。このグラフから波の高さＨwを求めることができる。
【００８３】
このように本実施の形態６の構成によれば、外部から気象情報を得ることなく、水上目標の構造パラメータを高精度に推定するレーダ装置を得ることができる。
【００８４】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの出力に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、目標の全幅を格納するデータベースと、前記動揺周期及び前記全幅に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたので、目標の構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８５】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段を備えたので、目標の形状が未知であってもその構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８６】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、高周波信号を発生する送信機と、送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標の進行方向及び位置を求める目標追尾手段と、前記目標追尾手段により算出した目標の進行方向及び位置から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、目標の全高を格納する第１のデータベースと、前記画像再生手段からのレーダ画像、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記目標アスペクト角推定手段からのアスペクト角、及び前記第１のデータベースに格納された全高に基づいて前記目標の動揺角度振幅を算出する動揺角度振幅算出手段と、目標の全幅を格納する第２のデータベースと、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記動揺角度振幅算出手段からの動揺角度振幅、前記第２のデータベースに格納された全幅、及び外部からの気象情報に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段とを備えたので、目標の構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８７】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記第１のデータベースの代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて目標の全高を測定する全高算出手段と、前記第２のデータベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段とを備えたので、目標の形状が未知であってもその構造パラメータを推定することができるという効果を奏する。
【００８８】
この発明の請求項５に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記第１のデータベースの代わりに、目標のレーダ散乱断面積分布を格納する第３のデータベースと、前記第３のデータベースから目標のレーダ散乱断面積分布を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを選択してその高さを出力する輝点高さ算出手段とを備えたので、目標の構造パラメータを高精度に推定することができるという効果を奏する。
【００８９】
この発明の請求項６に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記外部からの気象情報の代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて水面の情報を測定する水面測定手段を備えたので、目標の構造パラメータを高精度に推定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置における目標の運動を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のレーダ画像のドップラー周波数と時間の関係を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の距離と角度差から目標の全高を算出する原理を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の動作原理を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の水面測定手段の観測のジオメトリを示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の動作を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の動作を示す図である。
【図１４】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 従来のレーダ装置による観測のジオメトリを説明するための図である。
【図１６】 従来のレーダ装置による観測のジオメトリを説明するための図である。
【図１７】 従来のレーダ装置の画像再生手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 送信機、２ 受信機、３ 送受切替器、４ 送受信アンテナ、５ 画像再生手段、１５ 構造パラメータ、１６ 動揺周期算出手段、１７ 全幅データベース、２３ 構造パラメータ逆算手段、２４ 全幅算出手段、２５ 全高データベース、２６ 動揺角度振幅算出手段、２７ 全高算出手段、２８ ＲＣＳ分布データベース、２９ 輝点高さ算出手段、３２ 水面測定手段。
Claims (6)
- 高周波信号を発生する送信機と、
送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、
前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、
前記受信機からの出力に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、
前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、
目標の全幅を格納するデータベースと、
前記動揺周期及び前記全幅に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記データベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。 - 高周波信号を発生する送信機と、
送受切替器を経た前記高周波信号を目標に向けて放射するとともに、前記目標で反射した前記高周波信号の一部を受信する送受信アンテナと、
前記送受切替器を経た受信信号を増幅・検波する受信機と、
前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標のレーダ画像を得る画像再生手段と、
前記レーダ画像から目標の動揺周期を推定する動揺周期算出手段と、
前記受信機からの受信信号に基づいて前記目標の進行方向及び位置を求める目標追尾手段と、
前記目標追尾手段により算出した目標の進行方向及び位置から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、
目標の全高を格納する第１のデータベースと、
前記画像再生手段からのレーダ画像、前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記目標アスペクト角推定手段からのアスペクト角、及び前記第１のデータベースに格納された全高に基づいて前記目標の動揺角度振幅を算出する動揺角度振幅算出手段と、
目標の全幅を格納する第２のデータベースと、
前記動揺周期算出手段からの動揺周期、前記動揺角度振幅算出手段からの動揺角度振幅、前記第２のデータベースに格納された全幅、及び外部からの気象情報に基づいて前記目標の構造パラメータを算出する構造パラメータ逆算手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記第１のデータベースの代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて目標の全高を測定する全高算出手段と、
前記第２のデータベースの代わりに、前記レーダ画像から目標の全幅を測定する全幅算出手段と
を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。 - 前記第１のデータベースの代わりに、
目標のレーダ散乱断面積分布を格納する第３のデータベースと、
前記第３のデータベースから目標のレーダ散乱断面積分布を読み込み、一定の断面積を越える反射点をリストアップし、その中で最も高さの高いものを選択してその高さを出力する輝点高さ算出手段と
を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。 - 前記外部からの気象情報の代わりに、前記受信機からの受信信号に基づいて水面の情報を測定する水面測定手段
を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
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