JP4195128B2 - レーダー装置及び類似装置並びに受信データの書込方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダーやソナー等、例えば、極座標系で受信される探知信号を全周囲に渡り直交座標で配列された画像メモリに記憶した後、ラスター走査方式の表示器に表示する装置に関し、特に、クラッターの中から物標の映像を識別可能に表示することのできるレーダー装置及びソナー等の類似装置並びに受信データの書込方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のレーダー装置の構成図を示している。
【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。Ａ／Ｄ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ジタル信号に変換する。一次メモリ４は、Ａ／Ｄ変換された１スイープ分のデータを実時間で記憶し、次の送信により得られるデータ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後段の画像メモリ６に書き込む際のバッファとして用いられる。
【０００４】
座標変換部５は、中心座標を開始番地として、中心から周辺に向かって、たとえば船首方向を基準としてアンテナの角度θと、一次メモリ４の読み出し位置とから、対応する直交座標で配列された画像メモリの画素を示す番地を作成する。座標変換部５は、具体的には次式を実現するハードウェアにより構成される。
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
表示用の画像メモリ６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持つ。図示しない表示制御部によって表示器７がラスター走査され、ラスター走査に同期して画像メモリ６の内容が高速で読み出され、受信信号の強度に応じた輝度または色で識別された画像が表示される。
【０００５】
以上のような構成で、海面反射や雨雪反射等のクラッターの中から物標の映像を識別表示するためには、ＧＡＩＮ、ＳＴＣ、ＦＴＣ等の調整を適正に行う必要がある。特に、クラッターとの信号強度に差が少ない場合には微妙な調整が要求され、調整の前後での映像の違いを比較しながら調整量を加減し、最適値を探す操作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来の装置では、映像の更新はアンテナの方向のスイープライン上でのみ行われるため、調整結果の確認は、回転するスイープラインが観測点の方向に来た時以降となり、且つ、アンテナ１回転に要する時間は通常２、３秒を要するために、調整操作が完了するまでに時間がかかるという問題があった。また、別の物標で最適な調整値が異なる場合にはその都度調整する必要があり、その結果、頻繁な調整操作を繰り返しながら映像観測するということになり、操作性、応答性の点で非常に使いづらいという問題があった。このような問題は、レーダーに限らずスイープ回転に伴って受信データを順次極座標から直交座標に座標変換して記憶する類似装置（例えば、ソナー）においても同様であった。本発明の目的は、受信データを座標変換して画像メモリ中に記憶する動作と並行して画像データのレベルを小さくしていくことにより、従来のような調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示することのできる、レーダー装置及び類似装置並びに受信データの書込方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、スイープ回転に伴って受信データを順次極座標から直交座標に座標変換して記憶する画像メモリと、前記画像メモリ上に設定された領域の画素データのうち、所定のしきい値以下の画素データに対してのみ、スイープの１周回の期間内に画素データ値を順次減少させる演算手段と、を備える。
【０００８】
上記減算手段は、設定された領域の画素データから一定値を減算していくことにより、スイープによって描画される画像とは別に、設定された領域内の画像を徐々に消えていくように見せることができる。従って、同領域内の画像については、従来の装置においてスイープ１回転の間にゲインを徐々に小さくしていく調整を行ったのと同じ観測が可能になる。これによって、手動による微妙な調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示させることが可能になる。
【０００９】
画像メモリにアクセスして受信データを書き込む時は、例えば、ＦＩＲＳＴ検出時であったり、ＬＡＳＴ検出時である。
【００１０】
座標変換では、受信データは幾何学上、中心位置が密で、周辺ほど疎となり、中心付近ほど画像メモリの同一番地に多くの受信データが対応することになる。この場合、画像メモリの１つの画素に書き込むデータを複数の受信データから選択することになるが、単に上書きするのであれば最後のデータが書き込まれ、受信データ中の中から最大のデータを選んで書き込むのであれば、ＦＩＲＳＴ検出とＭＡＸ処理が行われる。ＦＩＲＳＴ検出とは、画像メモリの画素に対するアクセスがスイープ１周回内において最初であることを検出する動作であり、ＭＡＸ処理とは、ＦＩＲＳＴ検出の時にその時の受信データをそのまま書き込み、ＦＩＲＳＴ検出でない時（即ち、２番目以降のアクセスの時）には、その時の受信データと既に書き込まれているデータとの大小比較をし、大きい方を書き込む動作である。このように、座標変換時に、受信データを１つの画素に対してそのまま上書きする方法やＦＩＲＳＴ検出とＭＡＸ処理とで最大値データを書き込む方法があるが、いずれにしても、画像メモリ中の１つの画素に対しては１つのデータしか書き込むことができないから、１つの画素に１つのデータを書き込むという条件を満足するには最低１回アクセスすればよい。そこで、ＦＩＲＳＴ検出時に画像メモリの画素にアクセスして受信データを書き込むようにし、ＦＩＲＳＴ検出しない時には画像メモリに対する座標変換のアクセスを行わないようにすると、座標変換の期間内に画像メモリに対して座標変換のアクセスを行わない期間ができるから、この間に、減算手段によって上記領域における画素データの減算処理を行っていくとよい。またＬＡＳＴ検出時にのみ座標変換を行って、１つの画素に対してＬＡＳＴ検出をしない座標変化の時に、減算手段の動作を行ってもよい。
【００１３】
請求項２の発明は、前記領域を指定する領域指定手段を備える。このようにすることで、例えば、カーソル等によって画面上の注目すべき領域を指定し、この領域内で物標の映像をクラッターの中から識別表示させることができる。また、スイープの回転が高速になるほどＦＩＲＳＴアクセス期間やＬＡＳＴアクセス期間の全体に占める割合が大きくなるために、結果的に上記領域全体をアクセスして減算する期間が短くなって、画像の段階的消去を十分にできなくなるが、このような場合には、上記領域の面積を小さくして画面内を自由に移動することで対応することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の実施形態であるレーダー装置の構成図である。このレーダー装置は、図１に示す従来のレーダー装置に対し、ＦＩＲＳＴ検出部８、減算データ発生部９、セレクタ１０（セレクタＡ）、セレクタ１１（セレクタＢ）、減算タイミング発生部１２、減算領域アドレス発生部１３、減算領域指定部１４、減算数値指定部１５が追加される。
【００１５】
ＦＩＲＳＴ検出部８は、例えば、特公平３−１１６６９号公報において詳細に述べられているような構成にある。即ち、通常のアクセス時においては、画像メモリ６に対するアドレスは、座標変換部５において、極座標においてのスイープ方向θと中心方向からの距離ｒに基づいて発生するが、スイープ１回転内において、このアドレスが初めて発生した場合、即ち画像メモリ６に画素が初めてアクセスされた場合を検出してＦＩＲＳＴ信号を出力する。画像メモリ６内の画素が初めてアクセスされたかどうかは、座標変換部５の出力によって容易に知ることができる。
【００１６】
減算データ発生部９は、設定された領域の画素へのアクセス時にそのアクセスした画素データから一定値を減算した値を作成する。このデータは、再び同じ画素に書き込まれる。なお、この領域に対するアクセスを、以下減算アクセスという。また、画像メモリ６上に設定される上記領域を減算領域、減算領域の画素データから減算していく一定値を減算値、減算を行うかどうかのしきい値を減算しきい値という。
【００１７】
図３は、減算データ発生部９の構成図である。この減算データ発生部９は、比較器９ａ、減算器９ｂ、セレクタ９ｃからなる。比較器９ａは、減算領域内の或る画素から読み出した読出データ（ｃ）が、別に設定された減算しきい値（ａ）未満かどうかを比較する。減算器９ｂは、読出データ（ｃ）から、別に設定された減算値（ｂ）を減算する。比較器９ａにおいて、ｃ＜ａの場合、減算器９ｂにおいて、ｄ＝ｃ−ｂの減算を行い、書込データｄを得る。但し、減算した結果ｄが負になる場合にはｄ＝０とする。読出データ（ｃ）が減算しきい値（ａ）以上の場合には、読出データ（ｃ）と同じデータを書込データ（ｄ）とする。なお、減算しきい値（ａ）と減算値（ｂ）は、減算数値指定部１５によって任意の値に指定することができる。
【００１８】
セレクタ１０は、画像メモリ６に書き込むデータを選択する部分で、通常アクセス時のＦＩＲＳＴの時にのみ、一時メモリ４から読み出したデータを出力し、減算アクセス時に（ＦＩＲＳＴ以外の時）は減算データ発生部９で作成したデータを出力する。
【００１９】
セレクタ１１は、画像メモリ６に与えるアドレスを選択する部分で、通常アクセス時のＦＩＲＳＴの場合にのみ座標変換部５で作成したアドレスを出力し、減算アクセス時（ＦＩＲＳＴ以外の時）には減算領域アドレス発生部１３で作成したアドレスを出力する。
【００２０】
減算タイミング発生部１２は、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間でのみ動作する。Ｒクロックは、一次メモリ４に対する読み出しクロックである。すなわち、減算アクセスがＦＩＲＳＴ以外の期間に実行されるように、ＲクロックとＦＩＲＳＴ信号に基づいて、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間に、減算アクセス用のクロックを発生する。この期間のクロックをＲ’とする。図４は、減算タイミング発生部１２の構成図、図５はタイミングチャート、図６は、減算領域を示している。減算タイミング発生部１２は、減算タイミング発生回路１２ａと、ゲート１２ｂとからなり、ゲート１２ｂにおいて、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間を判定し、この期間内にＲ’クロックを発生するとともに、減算タイミング発生回路１２ａにおいて減算開始トリガからＴ１とＴ２を発生する。
【００２１】
図６に示すように、減算領域をＸ方向にＡ画素、Ｙ方向にＢ画素の大きさの矩形領域とすると、Ｔ１は、Ｒ’クロックＡ回分の期間に等しく、Ｔ２はＴ１のＢ回分の期間に等しい。即ち、Ｔ１は減算領域のＸ方向１行分の減算期間であり、Ｔ２は減算領域の全領域に対する減算期間である。Ｔ２の終了後、再び減算開始トリガを発生し、図５に示すタイミング発生動作が繰り返される。なお、図５から明らかなように、Ｒ’クロックは等間隔でないからＴ１も厳密には一定ではなく、同様にＴ２も一定ではない。
【００２２】
減算領域アドレス発生部１３は、減算アクセス時に、減算アクセス用アドレスを発生する。図７に示すように、この減算領域アドレス発生部１３は、カウンタ１３ａと１３ｂとからなる。カウンタ１３ａは、減算領域指定部１４から入力される減算開始番地ＸｓからＸ方向にＲ′クロック毎にＸアドレスを進めていき、カウンタ１３ｂは、減算領域指定部１４から入力する減算開始アドレスＹｓからＴ１期間毎にＹアドレスを進めていく。減算開始番地ＸｓからＸ方向にｎ回目、減算開始番地ＹｓからＹ方向にｍ行目のアクセス点の座標を（Ｘｎ、Ｙｍ）とすると、
Ｘｎ＝Ｘｓ＋ｎ
Ｙｍ＝Ｙｓ＋ｍ
ただし、
（Ｘｓ、Ｙｓ）：減算開始番地
となる。
【００２３】
図８は、Ｘアドレス発生タイミングチャートとＹアドレス発生タイミングチャートを示している。また、図９は、減算領域でのアドレスの進み方を示している。
【００２４】
減算領域指定部１４は、例えば、レーダー装置本体の操作部に設けられているトラックボールやカーソルキー等を含む入力部で構成され、表示画面上の任意の領域を減算領域として指定することができる。また、減算数値指定部１５は、例えば、数式等を含む入力部で構成され、減算データ発生部９に対して与える減算しきい値や減算値を任意の値に設定することができる。
【００２５】
次に、上記のレーダー装置の動作について説明する。
【００２６】
この実施形態のレーダー装置では、画像メモリ６への書き込みが、ＦＩＲＳＴの時には通常アクセスによって、ＦＩＲＳＴの時でない時には減算アクセスによってデータの書き込みが行われる。通常アクセスとは、一次メモリ４に記憶されている受信データを読み込む時のアクセスであり、減算アクセスとは減算データ発生部９の出力を書き込むアクセスである。今、受信データの或る座標変換サイクルにおいてＦＩＲＳＴが検出されたとすると、その時の一次メモリ４の対応データが座標変換された画像メモリの位置に記憶される。次の座標変換サイクルでＦＩＲＳＴが検出されなかった場合は、減算アクセスとなり、減算領域アドレス発生部１３で発生した画像メモリの位置に減算データ発生部９で出力されるデータが書き込まれる。この時の減算データ発生部９で発生するデータは、当該アドレスの読出データから予め設定した減算値を引いた値である。従って、表示器７の表示画面上では、減算データを画像メモリ上に書き込んだ直後にその位置の画像の輝度が低下する（輝度によって画像データの大きさを表す場合）。このように、画像メモリ６のデータの更新は、通常アクセスと減算アクセスとによって順次行われていき、通常アクセスについては、スイープの回転にともなって得られる受信データによる更新が行われ、減算アクセスについては、減算領域指定部１４で設定された減算領域内でのデータの減算更新が行われる。この結果、通常アクセスによりスイープライン上の画素が更新された後、再びスイープが１回転して同じ画素を更新するまでの間に、各画素についてゲインを連続的に下げる操作をしたと同じように、減算領域における映像を順次消えていくように表示させることができる。
【００２７】
図１０、図１１はこの状態について説明するための図である。図１０は、仮にある画素についてゲインを連続的に下げた場合の受信信号と画像データを示している。また、図１１は、減算動作によって変化する画像データを示し、同図（Ａ）はゲインが図１０のＧ５の状態で減算処理をした場合を示し、同図（Ｂ）はゲインが図１０のＧ４の状態で減算処理をした場合を示している。なお、この例では、量子化レベルがＬ４未満の場合に減算されるよう減算しきい値をＬ４に設定し、減算値を１に設定している。また、Ｓ０は通常アクセス後の画像、Ｓ１、Ｓ2 、Ｓ３は減算アクセス後の画像であって、数字は各段階を示している。
【００２８】
図１１（Ａ）では、最も大きなレベルは減算しきい値Ｌ４を超えているから、この分を除くレベルの信号についてのみ減算処理が行われる。したがって、レベルの強い画像を明確に表示でき、周囲のクラッター等の相対的に弱いレベルの画像は徐々に消していくことができる。また、図１１（Ｂ）に示すように、ゲインをＧ４に設定しておくと、全部の信号が減算しきい値Ｌ４以下となるから、減算領域内の画像全体を徐々に消していくことができる。なお、このような映像の変化中においても、クラッター中から物標の映像を識別できるようになる。クラッター中から物標の映像を識別できるようにするための適切なゲインの設定は状況により異なり、図１１（Ａ）が好ましいことも、図１１（Ｂ）が好ましいこともある。
【００２９】
なお、図２において、ＦＩＲＳＴ時にＦＩＲＳＴ信号を受けてセレクタ１０およびセレクタ１１が、それぞれ一次メモリ４からの出力と座標変換部５からの出力を選択し、ＦＩＲＳＴ以外の時に減算データ発生部９と減算領域アドレス発生部１３の出力をそれぞれ選択するとともに、減算タイミング発生部１２は、ＦＩＲＳＴ検出以外の期間にＲ’クロックによってＴ１、Ｔ２を発生して減算領域アドレス発生部１３に出力する。また、減算領域指定部１４による減算開始アドレスＸｓ、Ｙｓの指定は任意の時に行うことができ、減算数値指定部１５による減算しきい値と減算値の設定も任意の時に行うことができる。
【００３０】
以上の動作によって、例えば、図１２に示すような表示を得ることができる。図の表示領域のうち、Ａは雨を原因とするクラッター領域、Ｂは雨の中の物標、Ｃは減算領域を示している。この例では、物標Ｂの輝度が図１１（Ａ）に示すような適当な大きさに設定されている。即ち、画面全体が１回更新される間に減算領域Ｃ内の物標Ｂを除く領域の映像が徐々に輝度低下していく。また、減算領域指定部１４で、この減算領域Ｃを任意の位置に移動可能なため、通常アクセスによって画像データの更新中にこの減算領域Ｃを移動すれば、移動した新たな位置で同じような順次消える映像を得ることができる。
【００３１】
減算領域Ｃの大きさ、即ち、減算領域Ｃの全体をアクセスする周期Ｔ２は、スイープ１回転の周期Ｔと関係する。即ち、スイープ回転周期Ｔが速くなれば、スイープ１回転中に確保できる減算期間はそれだけ短くなるから、周期Ｔ２の繰り返し回数も少なくなる。今、スイープ回転周期＝Ｔ、減算領域Ｃでの全ての画素データの値が０になるまでの（図３の書込データ（ｄ）が０になる）減算回数＝Ｎ、減算領域Ｃ全体を１回アクセスするに要する時間＝ｔとすると、
Ｔ＝Ｎ・ｔ
が成立するよう、減算領域Ｃの大きさが設定されることが理想的である。なぜなら、減算される途中経過を表示器上で観測する余裕があることが必要であるからである。しかし、上記の式が成立しない場合には効果がないわけではなく、実際には、これにできるだけ近くなるような大きさの減算領域に設定すればよい。従って、スイープの回転、すなわちアンテナの回転が高速になるほど、観測のしやすさの点から減算領域Ｃの大きさが制限されるが、減算領域の大きさに制限が生じた場合には、これを表示画面内で移動させることにより、減算領域を大きくした場合と同等の効果を得ることが可能である。
【００３２】
上記実施形態では、ＦＩＲＳＴ時に通常アクセスを行い、ＦＩＲＳＴ以外の時に減算アクセスを行うようにしたが、画像メモリの画素への最後のアクセスをＬＡＳＴとして検出し、このＬＡＳＴ時に通常アクセスを行い、ＬＡＳＴ以外の時に減算アクセスを行うようにしてもよい。
【００３３】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す。図２と相違する点は、Ｗデータ発生部２０（スキャン相関用）、画像メモリ（スキャン相関用）、座標変換部２２（スキャン相関用）、ＦＩＲＳＴ検出部２３（スキャン相関用）を新たに追加した点である。
【００３４】
スキャン相関処理は、連続したスイープ１回転毎の相関処理のことを言う。すなわち、連続したスイープ回転毎のデータ間（メモリ上のデータと新データ間）で相関処理を行う処理であり、通常アクセスにおいて、アンテナ１回転前の画像メモリ上のデータと、今回転で新たに得られたデータの両者から今回書き込むデータを、例えば平均処理等により決定する処理であって、従来から実施されている。このスキャン相関処理は、スイープ１回転毎に同一画素について１回のみ書き換える処理であるのに対し、減算処理は画素データを常時減算する処理であるから、同じ画像メモリを使用した場合、減算処理とスキャン相関処理は両立出来ない。そこで、スキャン相関処理用のメモリを表示用画像メモリとは別に設け、前段でスキャン相関処理を実行し、スキャン相関処理した結果を表示用画像メモリに対する通常アクセス用の書込みデータとすることにより、スキャン相関処理と減算処理を両立させることが出来る。図１３は、そのための具体的な構成を示す図である。
【００３５】
図１３において、Ｗデータ発生部２０は、スキャン相関処理用に設けられるセレクタであり、ＦＩＲＳＴ検出部２３でＦＩＲＳＴが検出されたときに一次メモリ４からの新データとスキャン相関用のために設けられた画像メモリ２１のデータとを相関処理して、同画像メモリ２１に再記憶する。また、そのデータはセレクタ１０を介して表示用の画像メモリ６に記憶される。ＦＩＲＳＴでないときには、Ｗデータ発生部２０は画像メモリ２１から読み出したデータをそのまま出力する。したがって、画像メモリ２１には、スキャン相関処理されたデータが記憶される。スキャン相関処理用の座標変換部２２は、画像メモリ２１の座標変換アアドレスを作成する。この座標変換部２２を表示メモリ用の座標変換部５と別に設けているのは、スキャン相関用の画像メモリ２１では真運動座標モードで記憶しているのに対し、表示用の画像メモリ６では相対運動モードのヘッドアップ、コースアップ、ノースアップ、または、真運動座標モードの中から選ばれたモードで記憶するようにしているからである。なお、図示はしていないが、コンパス、船速情報が各々の座標変換部５、２２に入力するようになっている。
【００３６】
以上の構成により、スキャン相関処理されたデータを表示用の画像メモリ６に対する通常アクセス用の書込みデータとすることが出来る。
【００３７】
同様に、スイープ１回転中に同じ画素に複数のデータが対応したときに、これらのデータの内最大値を選択して再書込みするＭＡＸ処理を前段で行い、その結果を表示用の画像メモリ６に対する通常アクセス用の書込みデータとすることにより、ＭＡＸ処理と減算処理を行うことが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、設定された領域の画素データから一定値を減算していくことにより、設定された領域内のゲインを常時調整しながら観測したと同じ効果が得られるから、手動による微妙な調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示させることが可能になる。
【００３９】
また、画像メモリに対して座標変換のアクセスを行わない期間に、減算手段によって上記領域における画素データの減算処理を行っていくため、スイープ回転による画像表示を行いながら、設定された領域において順次消えていく画像を表示させることが出来る。
【００４０】
請求項２の発明によれば、前記領域を領域指定手段によって任意に指定できるから、例えば、カーソル等によって画面上の注目すべき領域を指定し、この領域内で物標の映像をクラッターの中から識別表示させることができる。また、スイープの回転が高速であるときには、上記領域の面積が制限されるようになるが、この面積を小さくして画面内を自由に移動することで対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレーダー装置の構成図
【図２】本発明の実施形態であるレーダー装置の構成図
【図３】減算データ発生部の構成図
【図４】減算タイミング発生部の構成図
【図５】減算データ発生部のタイミングチャート
【図６】減算領域を示す図
【図７】減算領域アドレス発生部の構成図
【図８】減算領域アドレス発生部のタイミングチャート
【図９】アドレスの進み方を示す図
【図１０】ゲインを連続的に代えた場合の受信信号と量子化後の画像データ
【図１１】減算処理実行時のデータの推移を示す図
【図１２】表示例を示す図
【図１３】本発明の他の実施形態の構成図
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダーやソナー等、例えば、極座標系で受信される探知信号を全周囲に渡り直交座標で配列された画像メモリに記憶した後、ラスター走査方式の表示器に表示する装置に関し、特に、クラッターの中から物標の映像を識別可能に表示することのできるレーダー装置及びソナー等の類似装置並びに受信データの書込方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のレーダー装置の構成図を示している。
【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。Ａ／Ｄ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ジタル信号に変換する。一次メモリ４は、Ａ／Ｄ変換された１スイープ分のデータを実時間で記憶し、次の送信により得られるデータ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後段の画像メモリ６に書き込む際のバッファとして用いられる。
【０００４】
座標変換部５は、中心座標を開始番地として、中心から周辺に向かって、たとえば船首方向を基準としてアンテナの角度θと、一次メモリ４の読み出し位置とから、対応する直交座標で配列された画像メモリの画素を示す番地を作成する。座標変換部５は、具体的には次式を実現するハードウェアにより構成される。
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
表示用の画像メモリ６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持つ。図示しない表示制御部によって表示器７がラスター走査され、ラスター走査に同期して画像メモリ６の内容が高速で読み出され、受信信号の強度に応じた輝度または色で識別された画像が表示される。
【０００５】
以上のような構成で、海面反射や雨雪反射等のクラッターの中から物標の映像を識別表示するためには、ＧＡＩＮ、ＳＴＣ、ＦＴＣ等の調整を適正に行う必要がある。特に、クラッターとの信号強度に差が少ない場合には微妙な調整が要求され、調整の前後での映像の違いを比較しながら調整量を加減し、最適値を探す操作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来の装置では、映像の更新はアンテナの方向のスイープライン上でのみ行われるため、調整結果の確認は、回転するスイープラインが観測点の方向に来た時以降となり、且つ、アンテナ１回転に要する時間は通常２、３秒を要するために、調整操作が完了するまでに時間がかかるという問題があった。また、別の物標で最適な調整値が異なる場合にはその都度調整する必要があり、その結果、頻繁な調整操作を繰り返しながら映像観測するということになり、操作性、応答性の点で非常に使いづらいという問題があった。このような問題は、レーダーに限らずスイープ回転に伴って受信データを順次極座標から直交座標に座標変換して記憶する類似装置（例えば、ソナー）においても同様であった。本発明の目的は、受信データを座標変換して画像メモリ中に記憶する動作と並行して画像データのレベルを小さくしていくことにより、従来のような調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示することのできる、レーダー装置及び類似装置並びに受信データの書込方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、スイープ回転に伴って受信データを順次極座標から直交座標に座標変換して記憶する画像メモリと、前記画像メモリ上に設定された領域の画素データのうち、所定のしきい値以下の画素データに対してのみ、スイープの１周回の期間内に画素データ値を順次減少させる演算手段と、を備える。
【０００８】
上記減算手段は、設定された領域の画素データから一定値を減算していくことにより、スイープによって描画される画像とは別に、設定された領域内の画像を徐々に消えていくように見せることができる。従って、同領域内の画像については、従来の装置においてスイープ１回転の間にゲインを徐々に小さくしていく調整を行ったのと同じ観測が可能になる。これによって、手動による微妙な調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示させることが可能になる。
【０００９】
画像メモリにアクセスして受信データを書き込む時は、例えば、ＦＩＲＳＴ検出時であったり、ＬＡＳＴ検出時である。
【００１０】
座標変換では、受信データは幾何学上、中心位置が密で、周辺ほど疎となり、中心付近ほど画像メモリの同一番地に多くの受信データが対応することになる。この場合、画像メモリの１つの画素に書き込むデータを複数の受信データから選択することになるが、単に上書きするのであれば最後のデータが書き込まれ、受信データ中の中から最大のデータを選んで書き込むのであれば、ＦＩＲＳＴ検出とＭＡＸ処理が行われる。ＦＩＲＳＴ検出とは、画像メモリの画素に対するアクセスがスイープ１周回内において最初であることを検出する動作であり、ＭＡＸ処理とは、ＦＩＲＳＴ検出の時にその時の受信データをそのまま書き込み、ＦＩＲＳＴ検出でない時（即ち、２番目以降のアクセスの時）には、その時の受信データと既に書き込まれているデータとの大小比較をし、大きい方を書き込む動作である。このように、座標変換時に、受信データを１つの画素に対してそのまま上書きする方法やＦＩＲＳＴ検出とＭＡＸ処理とで最大値データを書き込む方法があるが、いずれにしても、画像メモリ中の１つの画素に対しては１つのデータしか書き込むことができないから、１つの画素に１つのデータを書き込むという条件を満足するには最低１回アクセスすればよい。そこで、ＦＩＲＳＴ検出時に画像メモリの画素にアクセスして受信データを書き込むようにし、ＦＩＲＳＴ検出しない時には画像メモリに対する座標変換のアクセスを行わないようにすると、座標変換の期間内に画像メモリに対して座標変換のアクセスを行わない期間ができるから、この間に、減算手段によって上記領域における画素データの減算処理を行っていくとよい。またＬＡＳＴ検出時にのみ座標変換を行って、１つの画素に対してＬＡＳＴ検出をしない座標変化の時に、減算手段の動作を行ってもよい。
【００１３】
請求項２の発明は、前記領域を指定する領域指定手段を備える。このようにすることで、例えば、カーソル等によって画面上の注目すべき領域を指定し、この領域内で物標の映像をクラッターの中から識別表示させることができる。また、スイープの回転が高速になるほどＦＩＲＳＴアクセス期間やＬＡＳＴアクセス期間の全体に占める割合が大きくなるために、結果的に上記領域全体をアクセスして減算する期間が短くなって、画像の段階的消去を十分にできなくなるが、このような場合には、上記領域の面積を小さくして画面内を自由に移動することで対応することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の実施形態であるレーダー装置の構成図である。このレーダー装置は、図１に示す従来のレーダー装置に対し、ＦＩＲＳＴ検出部８、減算データ発生部９、セレクタ１０（セレクタＡ）、セレクタ１１（セレクタＢ）、減算タイミング発生部１２、減算領域アドレス発生部１３、減算領域指定部１４、減算数値指定部１５が追加される。
【００１５】
ＦＩＲＳＴ検出部８は、例えば、特公平３−１１６６９号公報において詳細に述べられているような構成にある。即ち、通常のアクセス時においては、画像メモリ６に対するアドレスは、座標変換部５において、極座標においてのスイープ方向θと中心方向からの距離ｒに基づいて発生するが、スイープ１回転内において、このアドレスが初めて発生した場合、即ち画像メモリ６に画素が初めてアクセスされた場合を検出してＦＩＲＳＴ信号を出力する。画像メモリ６内の画素が初めてアクセスされたかどうかは、座標変換部５の出力によって容易に知ることができる。
【００１６】
減算データ発生部９は、設定された領域の画素へのアクセス時にそのアクセスした画素データから一定値を減算した値を作成する。このデータは、再び同じ画素に書き込まれる。なお、この領域に対するアクセスを、以下減算アクセスという。また、画像メモリ６上に設定される上記領域を減算領域、減算領域の画素データから減算していく一定値を減算値、減算を行うかどうかのしきい値を減算しきい値という。
【００１７】
図３は、減算データ発生部９の構成図である。この減算データ発生部９は、比較器９ａ、減算器９ｂ、セレクタ９ｃからなる。比較器９ａは、減算領域内の或る画素から読み出した読出データ（ｃ）が、別に設定された減算しきい値（ａ）未満かどうかを比較する。減算器９ｂは、読出データ（ｃ）から、別に設定された減算値（ｂ）を減算する。比較器９ａにおいて、ｃ＜ａの場合、減算器９ｂにおいて、ｄ＝ｃ−ｂの減算を行い、書込データｄを得る。但し、減算した結果ｄが負になる場合にはｄ＝０とする。読出データ（ｃ）が減算しきい値（ａ）以上の場合には、読出データ（ｃ）と同じデータを書込データ（ｄ）とする。なお、減算しきい値（ａ）と減算値（ｂ）は、減算数値指定部１５によって任意の値に指定することができる。
【００１８】
セレクタ１０は、画像メモリ６に書き込むデータを選択する部分で、通常アクセス時のＦＩＲＳＴの時にのみ、一時メモリ４から読み出したデータを出力し、減算アクセス時に（ＦＩＲＳＴ以外の時）は減算データ発生部９で作成したデータを出力する。
【００１９】
セレクタ１１は、画像メモリ６に与えるアドレスを選択する部分で、通常アクセス時のＦＩＲＳＴの場合にのみ座標変換部５で作成したアドレスを出力し、減算アクセス時（ＦＩＲＳＴ以外の時）には減算領域アドレス発生部１３で作成したアドレスを出力する。
【００２０】
減算タイミング発生部１２は、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間でのみ動作する。Ｒクロックは、一次メモリ４に対する読み出しクロックである。すなわち、減算アクセスがＦＩＲＳＴ以外の期間に実行されるように、ＲクロックとＦＩＲＳＴ信号に基づいて、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間に、減算アクセス用のクロックを発生する。この期間のクロックをＲ’とする。図４は、減算タイミング発生部１２の構成図、図５はタイミングチャート、図６は、減算領域を示している。減算タイミング発生部１２は、減算タイミング発生回路１２ａと、ゲート１２ｂとからなり、ゲート１２ｂにおいて、ＲクロックからＦＩＲＳＴの期間を除いた期間を判定し、この期間内にＲ’クロックを発生するとともに、減算タイミング発生回路１２ａにおいて減算開始トリガからＴ１とＴ２を発生する。
【００２１】
図６に示すように、減算領域をＸ方向にＡ画素、Ｙ方向にＢ画素の大きさの矩形領域とすると、Ｔ１は、Ｒ’クロックＡ回分の期間に等しく、Ｔ２はＴ１のＢ回分の期間に等しい。即ち、Ｔ１は減算領域のＸ方向１行分の減算期間であり、Ｔ２は減算領域の全領域に対する減算期間である。Ｔ２の終了後、再び減算開始トリガを発生し、図５に示すタイミング発生動作が繰り返される。なお、図５から明らかなように、Ｒ’クロックは等間隔でないからＴ１も厳密には一定ではなく、同様にＴ２も一定ではない。
【００２２】
減算領域アドレス発生部１３は、減算アクセス時に、減算アクセス用アドレスを発生する。図７に示すように、この減算領域アドレス発生部１３は、カウンタ１３ａと１３ｂとからなる。カウンタ１３ａは、減算領域指定部１４から入力される減算開始番地ＸｓからＸ方向にＲ′クロック毎にＸアドレスを進めていき、カウンタ１３ｂは、減算領域指定部１４から入力する減算開始アドレスＹｓからＴ１期間毎にＹアドレスを進めていく。減算開始番地ＸｓからＸ方向にｎ回目、減算開始番地ＹｓからＹ方向にｍ行目のアクセス点の座標を（Ｘｎ、Ｙｍ）とすると、
Ｘｎ＝Ｘｓ＋ｎ
Ｙｍ＝Ｙｓ＋ｍ
ただし、
（Ｘｓ、Ｙｓ）：減算開始番地
となる。
【００２３】
図８は、Ｘアドレス発生タイミングチャートとＹアドレス発生タイミングチャートを示している。また、図９は、減算領域でのアドレスの進み方を示している。
【００２４】
減算領域指定部１４は、例えば、レーダー装置本体の操作部に設けられているトラックボールやカーソルキー等を含む入力部で構成され、表示画面上の任意の領域を減算領域として指定することができる。また、減算数値指定部１５は、例えば、数式等を含む入力部で構成され、減算データ発生部９に対して与える減算しきい値や減算値を任意の値に設定することができる。
【００２５】
次に、上記のレーダー装置の動作について説明する。
【００２６】
この実施形態のレーダー装置では、画像メモリ６への書き込みが、ＦＩＲＳＴの時には通常アクセスによって、ＦＩＲＳＴの時でない時には減算アクセスによってデータの書き込みが行われる。通常アクセスとは、一次メモリ４に記憶されている受信データを読み込む時のアクセスであり、減算アクセスとは減算データ発生部９の出力を書き込むアクセスである。今、受信データの或る座標変換サイクルにおいてＦＩＲＳＴが検出されたとすると、その時の一次メモリ４の対応データが座標変換された画像メモリの位置に記憶される。次の座標変換サイクルでＦＩＲＳＴが検出されなかった場合は、減算アクセスとなり、減算領域アドレス発生部１３で発生した画像メモリの位置に減算データ発生部９で出力されるデータが書き込まれる。この時の減算データ発生部９で発生するデータは、当該アドレスの読出データから予め設定した減算値を引いた値である。従って、表示器７の表示画面上では、減算データを画像メモリ上に書き込んだ直後にその位置の画像の輝度が低下する（輝度によって画像データの大きさを表す場合）。このように、画像メモリ６のデータの更新は、通常アクセスと減算アクセスとによって順次行われていき、通常アクセスについては、スイープの回転にともなって得られる受信データによる更新が行われ、減算アクセスについては、減算領域指定部１４で設定された減算領域内でのデータの減算更新が行われる。この結果、通常アクセスによりスイープライン上の画素が更新された後、再びスイープが１回転して同じ画素を更新するまでの間に、各画素についてゲインを連続的に下げる操作をしたと同じように、減算領域における映像を順次消えていくように表示させることができる。
【００２７】
図１０、図１１はこの状態について説明するための図である。図１０は、仮にある画素についてゲインを連続的に下げた場合の受信信号と画像データを示している。また、図１１は、減算動作によって変化する画像データを示し、同図（Ａ）はゲインが図１０のＧ５の状態で減算処理をした場合を示し、同図（Ｂ）はゲインが図１０のＧ４の状態で減算処理をした場合を示している。なお、この例では、量子化レベルがＬ４未満の場合に減算されるよう減算しきい値をＬ４に設定し、減算値を１に設定している。また、Ｓ０は通常アクセス後の画像、Ｓ１、Ｓ2 、Ｓ３は減算アクセス後の画像であって、数字は各段階を示している。
【００２８】
図１１（Ａ）では、最も大きなレベルは減算しきい値Ｌ４を超えているから、この分を除くレベルの信号についてのみ減算処理が行われる。したがって、レベルの強い画像を明確に表示でき、周囲のクラッター等の相対的に弱いレベルの画像は徐々に消していくことができる。また、図１１（Ｂ）に示すように、ゲインをＧ４に設定しておくと、全部の信号が減算しきい値Ｌ４以下となるから、減算領域内の画像全体を徐々に消していくことができる。なお、このような映像の変化中においても、クラッター中から物標の映像を識別できるようになる。クラッター中から物標の映像を識別できるようにするための適切なゲインの設定は状況により異なり、図１１（Ａ）が好ましいことも、図１１（Ｂ）が好ましいこともある。
【００２９】
なお、図２において、ＦＩＲＳＴ時にＦＩＲＳＴ信号を受けてセレクタ１０およびセレクタ１１が、それぞれ一次メモリ４からの出力と座標変換部５からの出力を選択し、ＦＩＲＳＴ以外の時に減算データ発生部９と減算領域アドレス発生部１３の出力をそれぞれ選択するとともに、減算タイミング発生部１２は、ＦＩＲＳＴ検出以外の期間にＲ’クロックによってＴ１、Ｔ２を発生して減算領域アドレス発生部１３に出力する。また、減算領域指定部１４による減算開始アドレスＸｓ、Ｙｓの指定は任意の時に行うことができ、減算数値指定部１５による減算しきい値と減算値の設定も任意の時に行うことができる。
【００３０】
以上の動作によって、例えば、図１２に示すような表示を得ることができる。図の表示領域のうち、Ａは雨を原因とするクラッター領域、Ｂは雨の中の物標、Ｃは減算領域を示している。この例では、物標Ｂの輝度が図１１（Ａ）に示すような適当な大きさに設定されている。即ち、画面全体が１回更新される間に減算領域Ｃ内の物標Ｂを除く領域の映像が徐々に輝度低下していく。また、減算領域指定部１４で、この減算領域Ｃを任意の位置に移動可能なため、通常アクセスによって画像データの更新中にこの減算領域Ｃを移動すれば、移動した新たな位置で同じような順次消える映像を得ることができる。
【００３１】
減算領域Ｃの大きさ、即ち、減算領域Ｃの全体をアクセスする周期Ｔ２は、スイープ１回転の周期Ｔと関係する。即ち、スイープ回転周期Ｔが速くなれば、スイープ１回転中に確保できる減算期間はそれだけ短くなるから、周期Ｔ２の繰り返し回数も少なくなる。今、スイープ回転周期＝Ｔ、減算領域Ｃでの全ての画素データの値が０になるまでの（図３の書込データ（ｄ）が０になる）減算回数＝Ｎ、減算領域Ｃ全体を１回アクセスするに要する時間＝ｔとすると、
Ｔ＝Ｎ・ｔ
が成立するよう、減算領域Ｃの大きさが設定されることが理想的である。なぜなら、減算される途中経過を表示器上で観測する余裕があることが必要であるからである。しかし、上記の式が成立しない場合には効果がないわけではなく、実際には、これにできるだけ近くなるような大きさの減算領域に設定すればよい。従って、スイープの回転、すなわちアンテナの回転が高速になるほど、観測のしやすさの点から減算領域Ｃの大きさが制限されるが、減算領域の大きさに制限が生じた場合には、これを表示画面内で移動させることにより、減算領域を大きくした場合と同等の効果を得ることが可能である。
【００３２】
上記実施形態では、ＦＩＲＳＴ時に通常アクセスを行い、ＦＩＲＳＴ以外の時に減算アクセスを行うようにしたが、画像メモリの画素への最後のアクセスをＬＡＳＴとして検出し、このＬＡＳＴ時に通常アクセスを行い、ＬＡＳＴ以外の時に減算アクセスを行うようにしてもよい。
【００３３】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す。図２と相違する点は、Ｗデータ発生部２０（スキャン相関用）、画像メモリ（スキャン相関用）、座標変換部２２（スキャン相関用）、ＦＩＲＳＴ検出部２３（スキャン相関用）を新たに追加した点である。
【００３４】
スキャン相関処理は、連続したスイープ１回転毎の相関処理のことを言う。すなわち、連続したスイープ回転毎のデータ間（メモリ上のデータと新データ間）で相関処理を行う処理であり、通常アクセスにおいて、アンテナ１回転前の画像メモリ上のデータと、今回転で新たに得られたデータの両者から今回書き込むデータを、例えば平均処理等により決定する処理であって、従来から実施されている。このスキャン相関処理は、スイープ１回転毎に同一画素について１回のみ書き換える処理であるのに対し、減算処理は画素データを常時減算する処理であるから、同じ画像メモリを使用した場合、減算処理とスキャン相関処理は両立出来ない。そこで、スキャン相関処理用のメモリを表示用画像メモリとは別に設け、前段でスキャン相関処理を実行し、スキャン相関処理した結果を表示用画像メモリに対する通常アクセス用の書込みデータとすることにより、スキャン相関処理と減算処理を両立させることが出来る。図１３は、そのための具体的な構成を示す図である。
【００３５】
図１３において、Ｗデータ発生部２０は、スキャン相関処理用に設けられるセレクタであり、ＦＩＲＳＴ検出部２３でＦＩＲＳＴが検出されたときに一次メモリ４からの新データとスキャン相関用のために設けられた画像メモリ２１のデータとを相関処理して、同画像メモリ２１に再記憶する。また、そのデータはセレクタ１０を介して表示用の画像メモリ６に記憶される。ＦＩＲＳＴでないときには、Ｗデータ発生部２０は画像メモリ２１から読み出したデータをそのまま出力する。したがって、画像メモリ２１には、スキャン相関処理されたデータが記憶される。スキャン相関処理用の座標変換部２２は、画像メモリ２１の座標変換アアドレスを作成する。この座標変換部２２を表示メモリ用の座標変換部５と別に設けているのは、スキャン相関用の画像メモリ２１では真運動座標モードで記憶しているのに対し、表示用の画像メモリ６では相対運動モードのヘッドアップ、コースアップ、ノースアップ、または、真運動座標モードの中から選ばれたモードで記憶するようにしているからである。なお、図示はしていないが、コンパス、船速情報が各々の座標変換部５、２２に入力するようになっている。
【００３６】
以上の構成により、スキャン相関処理されたデータを表示用の画像メモリ６に対する通常アクセス用の書込みデータとすることが出来る。
【００３７】
同様に、スイープ１回転中に同じ画素に複数のデータが対応したときに、これらのデータの内最大値を選択して再書込みするＭＡＸ処理を前段で行い、その結果を表示用の画像メモリ６に対する通常アクセス用の書込みデータとすることにより、ＭＡＸ処理と減算処理を行うことが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、設定された領域の画素データから一定値を減算していくことにより、設定された領域内のゲインを常時調整しながら観測したと同じ効果が得られるから、手動による微妙な調整を行わなくてもクラッターの中から物標の映像を容易に識別表示させることが可能になる。
【００３９】
また、画像メモリに対して座標変換のアクセスを行わない期間に、減算手段によって上記領域における画素データの減算処理を行っていくため、スイープ回転による画像表示を行いながら、設定された領域において順次消えていく画像を表示させることが出来る。
【００４０】
請求項２の発明によれば、前記領域を領域指定手段によって任意に指定できるから、例えば、カーソル等によって画面上の注目すべき領域を指定し、この領域内で物標の映像をクラッターの中から識別表示させることができる。また、スイープの回転が高速であるときには、上記領域の面積が制限されるようになるが、この面積を小さくして画面内を自由に移動することで対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレーダー装置の構成図
【図２】本発明の実施形態であるレーダー装置の構成図
【図３】減算データ発生部の構成図
【図４】減算タイミング発生部の構成図
【図５】減算データ発生部のタイミングチャート
【図６】減算領域を示す図
【図７】減算領域アドレス発生部の構成図
【図８】減算領域アドレス発生部のタイミングチャート
【図９】アドレスの進み方を示す図
【図１０】ゲインを連続的に代えた場合の受信信号と量子化後の画像データ
【図１１】減算処理実行時のデータの推移を示す図
【図１２】表示例を示す図
【図１３】本発明の他の実施形態の構成図
Claims (4)
- スイープ回転に伴って受信データを順次極座標から直交座標に座標変換して記憶する画像メモリと、
前記画像メモリ上に設定された領域の画素データのうち、所定のしきい値以下の画素データに対してのみ、スイープの１周回の期間内に画素データ値を順次減少させる演算手段と、を備えるレーダー装置及び類似装置。 - 前記領域を指定する領域指定手段を備えた、請求項１に記載のレーダー装置及び類似装置。
- 受信データを極座標から直交座標に座標変換して１周回毎に画像メモリに更新しながら記憶するステップと、
前記画像メモリ上に設定された領域の画素データのうち、所定のしきい値以下の画素データを検出するステップと、
前記所定のしきい値以下の画素データ値を減少させるステップと、を含み、１周回の期間内に前記領域内の画素データ値を順次減少させていくようにした、受信データの書込方法。 - 前記領域を指定するステップをさらに含む、請求項３に記載の受信データ書込方法。
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