JP3779823B2 - レーダー装置及び類似装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダー装置やソナー装置など、受信信号を高速でサンプルした後に、画像メモリに書き込み、映像を表示する装置に関する。
【０００２】
図１は、本発明の前提であるレーダー装置のブロック図を示している。
【０００３】
レーダーアンテナ１は、ある周期で水平面を回転しながら、別の周期でパルス状電波を発射すると同時に、物標で反射した電波を受信する。受信回路２はレーダーアンテナ１による受信信号を検波し増幅する。ＡＤコンバータ３は、受信回路２で得られたアナログ信号をディジタル信号に変換する。一次メモリ４はＡＤ変換された１スイープ分の信号を実時間で記憶し、次の送信により得られる信号が再び書き込まれるまでに、その１スイープ分のデータを画像メモリ７に書き込む際のバッファとして用いられる。この一次メモリ４に対して実時間でデータを書き込んでいる期間は、画像メモリにデータを転送することができないので、一次メモリと画像メモリの間にさらに二次メモリ５を設ける場合もある。この場合には、一次メモリ４の内容を二次メモリ５に書き込む時に同時に同じデータを画像メモリ７にも書き込み、一次メモリ４に実時間で新しいデータを書き込んでいる間にも、二次メモリ５のデータを画像メモリ７に書き込むことができる。このようにすると、相対的に低速の画像メモリ７に対するアクセス期間が長くなるために、画像メモリ７への書き込みが間に合わなくなる状態を防ぐことができる。
画像メモリ７は、アンテナ１回転で得られる受信データを記憶する容量を用い、図示しない表示制御部は、ＣＲＴ８の走査に同期して画像メモリ７の内容を高速で読み出しＣＲＴ８へ出力する。ＣＲＴ８は、画像メモリ７に記憶していた受信データのレベル値に従って画像を濃淡の階調または色別で表示する。
【０００４】
セレクタ１２は、一次メモリ４に実時間で書き込むＷクロック（サンプルクロック）と、一次メモリ４から画像メモリ７に受信データを転送するための読み出しクロックを切り替える。サンプルクロックは、発振器９の出力を分周器１０で１／ｍ分周することにより得られる。後述のように分周比率１／ｍは縮尺設定部１５により設定される縮尺に基づいて決められる。
【０００５】
座標変換部１３は、中心座標を開始番地として、中心から周辺に向かって、例えば船首方向を基準としたアンテナの角度θと、一次メモリ４（または二次メモリ５）の読み出し位置（Ｒクロックの計数値）とから、直交座標の画像メモリ７における対応画素の番地を作成する。
【０００６】
座標変換部１３は、具体的には次式を実現するハードウエアにより構成される。
【０００７】
Ｘ＝Ｘｓ＋ｒ・ｓｉｎθ
Ｙ＝Ｙｓ＋ｒ・ｃｏｓθ
ただし、
Ｘ、Ｙ：画像メモリの画素を示す番地
Ｘｓ、Ｙｓ：中心番地
ｒ：中心からの距離
θ：座標変換の角度
図２は、座標変換部１３の回路例を示している。なお、図１の分周器１１は、座標変換部１３に入力するＲクロックを分周して、一次メモリ４または二次メモリ５の読み出し速度を座標変換速度に対して落とすための手段である。これについては後述する。
【０００８】
上記の構成において、探知信号は、幾何学上中心付近が密で周辺ほど粗となる。このため、中心付近ほど、画像メモリ７の同一番地に多くの受信データが対応することになる。また、一列のデータを画像メモリに書き込んでいる間においても、隣あった位置の受信データが画像メモリの同一番地に対応することがある。このように、同じ画素に対して複数の異なるデータが対応する場合には、単に上書きのみ行えば、後に書いたデータのみが残って先に書いたデータが無効となってしまう不都合が生じる。そこで、これを解決するために、例えば、同一番地に対応するすべての受信データのうち、一番大きなデータを書き込む処理（以下、ＭＡＸ処理という）が実施されることがある。このＭＡＸ処理では、ＦＩＲＳＴ検出部１４によって、画像メモリ７のある番地に対して初めてデータが書き込まれる場合（ＦＩＲＳＴ）か、２度目以降の場合かを検出し、Ｗデータ発生部６において、初めてデータの書き込みが行われる場合には今回受信されたデータをそのまま書き込むが、２度目以降の場合にはすでに書き込まれてあるデータと今回受信されたデータの大小を比較し、大きい方のデータを選択して書き込む。その結果、同一画素に対応するすべてのデータのうち最大値を取るデータを書き込むことができる。
【０００９】
なお、映像の縮尺はサンプルクロックの周期を変更することで行われ、縮尺が大きくなるほど同クロックの周期を短くする。通常は、実時間でサンプルした１スイープ分のデータ数と、これを書き込む画像メモリ７の番地数とは１対１に対応させているが、縮尺を大きくしていって分周比率１／ｍ（ｍ≧１の整数）を大きくしていくと、ある時点で、回路の特性が追いつかなくなり、１対１の場合に必要とするサンプルクロック（ｔ）でサンプルできなくなってくる。そこで、このような場合に、サンプルクロックの周期（ｔ）より長い周期、例えば（ｍｔ）でサンプルし、１スイープ分のデータを一次メモリ４または二次メモリ５に記憶した状態で、データの読み出しは座標変換用Ｒクロックを分周器１１で１／ｍ分周したクロックで行い、座標変換動作の進度に対し１／ｍの比率で、１スイープ分のデータの読み出す速度を落とす。その結果、画像メモリ７の１画素に対して同じデータがｍ回にわたって書き込まれることになり、１対１に対応させた場合に比較して距離分解能が低下するが、画面上は設定された縮尺レンジで表示される。
【００１０】
以上の構成のレーダー装置において、分周器１０は、縮尺設定部１５で設定された縮尺に応じて分周比率を変えるものであるが、従来のレーダー装置は、図３に示すように、任意の縮尺を設定するために複数の発振器９、９’を用い、セレクタ１５によっていずれかの発振器を選択するようにしていた。その理由は次の通りである。
【００１１】
分周器は、通常その整数倍で分周する。例えば、発振器９周期がｔであるとすると、分周器１０の出力はその整数倍であるｔ、２ｔ、３ｔ、．．．ｎｔの周期を持つサンプルクロックとなる。しかし、特に電波の往復時間を計測するレーダー装置等の場合では、サンプルクロックの周波数が非常に高く、そのため、１つの発振器によって任意のサンプルクロックを発生するためには非常に高い周波数の発振器が必要になる。ところが、そのような超高周波の発振周波数を分周する分周器は非常に高価なものとなるために、図３に示すように、比較的低い発振周波数ｆ１、ｆ２を持つ通常の発振器９、９’を用意し（ここでは、一例として２つの発振器を示している）、これらの発振器の中から適切なものを選択して設定された縮尺に対応するサンプルクロックを得るようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の装置では、複数個の発振器を接続する必要があるとともに、縮尺の可変精度を高くすればその分発振器の数も増やさなければならないという問題があった。また、レーダー装置などにおいては、通常、ｎａｕｔｉｃａｌ ｍｉｌｅ／ｓｔａｔｕｔｅ ｍｉｌｅ／ｋｉｒｏｍｅｔｅｒ等の距離単位の変更による縮尺の変更を行うことがあるが、このような距離単位の変更を行う場合にもそれに応じて発振器を別途用意しなければならず、高コスト化するという不都合があった。
【００１３】
本発明の目的は、発振器が１つで、且つその発振周波数を極めて高くしなくとも、任意の縮尺の映像を表示できるレーダー装置および類似装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、縮尺に応じて所定の周期のサンプルクロックを生成する分周器と、該周期のサンプルクロックでサンプルされた受信データを記憶する一次メモリと、この受信データを座標変換用クロックで極座標から直交座標に座標変換する座標変換手段と、座標変換された受信データを記憶する画像メモリとを備える装置において、
縮尺に応じて、前記分周器の分周比とともに周期Ｔに対する周期Ｔ１の比（Ｔ１／Ｔ）（Ｔ＞Ｔ１）を定める縮尺設定手段を設け、
前記座標変換手段は、周期Ｔに対応する縮尺の設定時に、周期Ｔ１のクロックでサンプルした受信データを、座標変換用クロックを（Ｔ１／Ｔ）だけ減速したクロックで座標変換することを特徴とする。
【００１５】
いま、レーダー画面Ｄにおいて縮尺Ａに対応する周期Ｔ１で画像を表示した時、図４（Ａ）に示すようになる。ここで、Ｎはサンプル数であって、ここでは、画素数と１対１で対応している。すなわち、サンプルクロック数と画素数はともにＮである。
【００１６】
図４（Ａ）の状態から縮尺のより小さな縮尺Ｂを設定する場合に本発明が適用される。図４（Ｂ）は、縮尺Ｂに対応する周期Ｔで画像が表示される場合を示すが、この時、縮尺Ｂに対応する周期Ｔが何らかの理由によって設定されずに該周期が図４（Ａ）に示すＴ１に保持されていた場合、レーダー画面Ｄの表示状態は図４（Ｃ）に示すようになる。すなわち、周期Ｔ１ではＮ１サンプル数のデータが得られるから、座標変換速度を同じとすれば、Ｎ１のデータとレーダー画面Ｄの関係は図４（Ｃ）に示すようになる。ここで、Ｔ・Ｎ＝Ｔ１・Ｎ１である。そこで、本発明の座標変換手段では、座標変換クロックＲをＴ１／Ｔだけ減速したクロックで座標変換する。その結果、Ｎ１のサンプル数のデータがＮに圧縮されて図４（Ｄ）に示すように正しい縮尺で表示される。
【００１７】
上記の作用により、縮尺Ａから縮尺Ｂに変える場合に、分周比率を変えなくても縮尺Ｂの表示画像を得ることができる。従って、分周器がサンプルクロックＴ１を分周生成できるがＴを分周生成できない場合でも、上記の手法で分周比率を変えることなく（Ｔ１を保持したまま）正しい縮尺で画像を表示することができる。このため、分周器は１つでよく、また、任意の縮尺を設定出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の実施形態であるレーダー装置のブロック図である。
【００１９】
構成において、このレーダー装置が図１に示すレーダー装置と相違する点は、座標変換部１３の構成が異なっていることと、縮尺設定部１５から座標変換部１３に対してＫ（＝Ｔ１／Ｔ）の情報が入力されている点である。図３に示す従来のレーダー装置と異なり、発振器については１個の発振器９のみを使用し、またこの発振器９は極めて高い周波数を発振するものでもなく、通常の発振器である。
【００２０】
図６は、座標変換部１３の構成例である。図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、分周可能な周期Ｔ１に対応する縮尺Ａから、分周のできない周期Ｔ（Ｔ１＜Ｔ）の縮尺Ｂに切り替えた時、同縮尺Ｂで画像を正しく表示するには、周期Ｔ１でサンプルした後、座標変換のためのクロックＲをＫ（＝Ｔ１／Ｔ）の比率だけ減速させればよい。すなわち、距離ｒ、角度θに対し、出力Ｘ、Ｙは以下の値になればよい。
【００２１】
Ｘ＝Ｋ・ｒ・ｓｉｎθ
Ｙ＝Ｋ・ｒ・ｃｏｓθ
ただし、Ｋは、座標変換用クロックＲの進度１に対し、座標変換動作の進度を低減する比率で、
Ｋ＝Ｔ１／Ｔ
Ｔ：設定された縮尺（図４では縮尺Ｂ）で１対１でサンプルする場合に必要とするサンプル周期。
【００２２】
Ｔ１：設定された縮尺（図４では縮尺Ｂ）以外の縮尺（図４では縮尺Ａ）で１対１でサンプルする場合に必要とするサンプル周期であって、設定された縮尺のサンプル動作に実際に使用したサンプル周期。ただし、Ｔ１＜Ｔである。したがって、０＜Ｋ≦１である。
【００２３】
図６においては、ｓｉｎθテーブル２０とｃｏｓθテーブル２１は、座標変換の角度θに対する正弦／余弦値を出力する。具体的には、正弦値余弦値を格納したＲＯＭ等により構成できる。２２、２３は、ｓｉｎθ、ｃｏｓθに係数Ｋを掛ける乗算器である。したがって、乗算器２２、２３の出力は、それぞれＫ・ｓｉｎθ、Ｋ・ｃｏｓθとなる。２４、２５は、入力値をＲクロック毎に加算する加算回路により構成する。以上の構成によって、上記式の演算回路を構成することができる。
【００２４】
図７は座標変換部１３の他の例を示している。
【００２５】
累算器２６は、係数ＫをＲクロック毎に累算する回路で、図８にその構成例を示す。すなわち、加算器の一方の入力には係数Ｋを、他方にはこの加算器の出力値をＲクロックでラッチしたラッチ回路２８の出力を入力する。ラッチ回路２８は、座標変換毎に変換が始まる時点でリセットされた後、Ｒクロックによりラッチ動作を行う。加算により発生するキャリー出力とＲクロックとのＡＮＤ出力には（ＡＮＤ回路２９）、座標変換が始まった時点から入力したＲクロックの数に対して、１／Ｋに低減された数のクロックが得られる。これにより、２４、２５において、１／Ｋに低減された数のクロック毎にｓｉｎθ、ｃｏｓθを累算することにより、その出力に上記式に示したＸ、Ｙアドレスを得ることができる。
【００２６】
図９は、縮尺変更時の動作を示すフローチャートである。
【００２７】
ステップＳＴ１では、分周比率の計算処理を行う。
【００２８】
今、サンプルクロック用の発振器９の周期をｔとする。従って、サンプルクロック用周期は、ｔ，２ｔ，３ｔ，．．．．ｎｔ（ｎは整数）である。探知距離ＲをＮドットで表現すると、
Ｒ＝（Ｃ／２）・Ｎ・Ｔ
となる。
【００２９】
分周比率ｎは、
ＩＮＴ（Ｔ／ｔ）
で求める。従って、サンプル周期Ｔ１は、Ｔ１＝ｎ・ｔである。
ステップＳＴ２では、サンプル数Ｎ１を求める。
【００３０】
サンプルクロック周期がｎ・ｔ（＝Ｔ１）のときのサンプル数Ｎ１は、

である。
【００３１】
ステッフＳＴ３では、圧縮率Ｋを計算する。
【００３２】
圧縮率Ｋは、
Ｋ＝Ｎ／Ｎ１、または、
Ｋ＝ｎ・ｔ／Ｔ
である。
【００３３】
なお、ＩＮＴ（Ｔ／ｔ）の計算で小数部がない場合、すなわち、Ｔ＝ｎ・ｔの場合は、Ｋ＝１となり、図１の装置と同じ動作となる。
【００３４】
以上のように、ある縮尺（図４では縮尺Ｂ）が設定された時、その縮尺（縮尺Ｂ）で１対１でサンプルする場合に必要とするサンプル周期Ｔよりも速い周期Ｔ１のクロックでサンプルした後、サンプルしたデータを画像メモリに書き込む時に座標変換用のクロックＲを減速して書き込む。このようにすることで、図３に示す従来の装置のように複数個の発振器を用意しなくても任意の縮尺設定が可能である。したがって、例えば、ｎａｕｔｉｃａｌ ｍｉｌｅの距離単位からｋｉｒｏｍｅｔｅｒに距離単位を変更する場合（例えば１ｍｉｌｅ（１８５２ｍ）を２０００ｍに変更）には、分周器１０が整数倍の分周しかできないとすると、通常の発振器９を使用する限り、１つの分周器で１対１に対応する必要な周期のサンプルクロックを生成できないが、座標変換部１３を上記のように構成することでこのような距離単位の変更に対しても任意の縮尺画像を表示することができる。なお、座標変換速度の低減により、画像メモリの番地に変化がない場合が生じるが、このとき既に書いてあるデータと一次メモリの内容とを比較し、大きい方のデータをその番地に書くＭＡＸ処理が行われる。
【００３５】
上記の周期Ｔ１は周期Ｔに近い方が好ましく、通常は、分周器１０によって分周可能な周期のうち、Ｔ１＜Ｔで、且つＴに最も近いＴ１が選択される。また、以上の説明では、周期Ｔが分周器１０の分周比率では生成できない例を示したが、周期Ｔが分周可能な装置に本発明が適用できないものではない。さらに、本発明は、レーダー装置のほかスキャニングソナー装置など、受信データを極座標から直交座標に座標変換する座標変換手段を備える類似の装置にも適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、単一の発振器で任意の縮尺の画像を表示できるため、低コスト化を実現でき、また、より速いクロック（Ｔ１＜Ｔ）でサンプルした後にそのサンプルで得たデータを圧縮して画像メモリに書き込むようにしているから分解能の劣化が小さいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるレーダー装置のブロック図
【図２】従来の座標変換部の構成図
【図３】従来の発振器の構成図
【図４】本発明をレーダー装置に適用した場合の作用を説明する図
【図５】本発明の実施形態であるレーダー装置のブロック図
【図６】座標変換部の構成図
【図７】座標変換部の他の例の構成図
【図８】累算器の構成図
【図９】動作を示すフローチャート

Claims (2)

1. 縮尺に応じて所定の周期のサンプルクロックを生成する分周器と、該周期のサンプルクロックでサンプルされた受信データを記憶する一次メモリと、この受信データを座標変換用クロックで極座標から直交座標に座標変換する座標変換手段と、座標変換された受信データを記憶する画像メモリとを備える装置において、
   縮尺に応じて、前記分周器の分周比とともに周期Ｔに対する周期Ｔ１の比（Ｔ１／Ｔ）（Ｔ＞Ｔ１）を定める縮尺設定手段を設け、
   周期Ｔに対応する縮尺の設定時に、前記座標変換手段は、前記周期Ｔ１のクロックでサンプルした受信データを、座標変換用クロックを前記比（Ｔ１／Ｔ）だけ減速したクロックで座標変換することを特徴とする、レーダー装置及び類似装置。
2. 周期Ｔは分周器の分周比率では生成出来ない周期である、請求項１記載のレーダー装置及び類似装置。

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