JP4197635B2 - レーダ装置および類似装置 - Google Patents

Description

この発明は、極座標系で受信される探知データを直交座標系に変換して表示器に出力するレーダ装置やソナー装置、特に、航跡表示を行う装置に関するものである。

舶用のレーダ装置には、他船の位置、進行方向、および船速を把握する方法として、レーダアンテナで受信した探知データを所定時間分蓄積しておき、表示器に尾引状に表示することで、航跡表示を行う装置がある。また、ソナー装置には、魚群の動向を知る方法として、トランスデューサで受信した探知データを蓄積しておき表示器に表示する装置がある。

このような航跡表示を行う装置の一例として、レーダ装置は次に示す方法で航跡表示を行う。
アンテナで受信された探知信号はＡ／Ｄ変換されて、探知データとして１スイープ分のデータ容量を備えるスイープメモリに順に書き込まれる。スイープメモリに書き込まれた探知データは順に読み出され、スイープ１回転分のデータ容量を備える現在画像用メモリに記憶される。また、スイープメモリに書き込まれた探知データは物標データ検出部に入力され、物標データ検出部は探知データが所定閾値よりも大きければ、物標が存在することを示すデータを航跡データ発生部に出力する。航跡データ発生部は物標データ検出部から入力されるデータに基づいて、航跡画像用メモリに記憶されているスイープ１回転分の航跡画像データを更新し、再び航跡画像用メモリに出力する。現在画像用メモリと航跡画像用メモリとは、表示制御部により表示器の走査と同期して現在画像データと航跡画像データとを表示出力合成部に出力し、表示出力合成部は入力された現在画像データと航跡画像データとを合成して表示器に出力する（例えば、特願２００３−１５６９５５号参照。）。

このような構成のレーダ装置では、通常、他船等の物標の航跡の表示は行うが、自船の航跡の表示は行わない。この場合、例えば、自船を過去の或る位置に戻そうとしても、自船の航跡が表示されていないため、その位置を確認する手段がなく、正確に戻ることができない。また、底引き網船等の場合、短い時間間隔で同じルートを漁撈作業を行いながら航行することは無駄となるが、自船の航跡が分からなければ、同じルートを航行する可能性がある。

ところで、従来のレーダ装置では、送受信切替回路の特性により送信系から受信系に送信パルス信号（以下、「メインバング」という。）が漏洩することがあり、このメインバングを用いることで、自船位置を検出することが可能である。しかしながら、小さなレンジではメインバングが大きく表示されるため、レーダ装置による観測において障害となる。このため、通常は、メインバングを抑圧する回路が受信回路に組み込まれる。この場合は、自船位置を示すためにメインバングを利用することができない。また、自船の航行により発生する航走波からの反射信号を受信することで自船位置を検出することも可能である。しかし、自船周囲の海面反射が強い場合に海面反射除去（ＳＴＣ）調整を行うと、航走波は除去されるので、自船位置を示す信号として航走波を利用することはできない。

このように、物標を正確に探知するには前記メインバングおよび航走波の反射信号を利用することができないため、この仕様のレーダ装置で自船航跡を表示することは難しい。

一方、自船航跡を表示する装置として、ＧＰＳ測位により得られる自船位置を所定時間記憶しておき、表示することで自船航跡を表示する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２８１７９９号公報

しかしながら、特許文献１に示す装置では、ＧＰＳ測位により自船位置を検出するため、他船等の物標航跡と自船航跡とを同時に表示する場合、物標航跡生成用のレーダ探知部と自船航跡生成用のＧＰＳ測位部とを合わせ持たなければならず、装置が大型化してしまう。また、自船航跡をＧＰＳ測位により生成し、物標航跡をレーダの探知信号により生成するので、航跡生成工程が異なり、航跡時間を設定する場合に、それぞれの個別に航跡時間変更を行わなければならず、処理が煩雑化する。実際、従来のＧＰＳ測位を用いた自船航跡の表示では、航跡時間の設定はなく航跡表示を始めた時点からの航跡全体が表示されている。このように航跡時間の設定を行うことができないと、設定された所定航跡表示時間での航跡の長さを自船と物標（他船）とで比較することができず、航行速度の比較等の情報を取得することができなくなる。

この発明の目的は、自船位置をＧＰＳ測位システム等を用いることなく、且つ探知データに影響を与えることなく取得し、自船航跡を表示することができるレーダ装置および類似装置を提供することにある。

この発明は、アンテナで受信した探知信号から生成された極座標系の探知データに基づき、物標の位置を示す直交座標系の現在画像データと前記物標の航跡を示す直交座標系の航跡画像データとからなる探知画像データを生成して出力するレーダ装置および類似装置において、極座標系の探知データを直交座標系の探知画像データに変換するタイミングを与える座標変換タイミング信号の変位のタイミングを用いて自船データを生成する自船データ生成手段と、探知データと自船データとを用いて航跡画像データを更新しながら生成する航跡画像データ生成手段と、を備えたことを特徴としている。

また、この発明は、自船データ生成手段に、座標変換タイミング信号の変換開始の変位のタイミングに基づいて極座標系の中心位置を検出する検出手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、極座標系の探知データを直交座標系の探知画像データに変換する際に用いる座標変換タイミング信号を用いて極座標系の中心位置を検出する。座標変換タイミング信号は、スイープメモリに記憶された１スイープ分の探知データを現在画像データ生成手段や航跡画像データ生成手段で直交座標系の現在画像データおよび航跡画像データに変換を開始するタイミング、および変換を行う期間を与える信号である。例えば、座標変換タイミング信号が「０」から「１」変位した時点で、スイープメモリに記憶されている１スイープ分の極座標系の探知データを直交座標系に配列された画素に対応する探知画像データに変換することを開始する。そして、座標変換タイミング信号が「１」の期間で、スイープ方向の回転中心から周囲方向にスイープメモリに記憶されている１スイープ分の探知データを順に変換する。

ここで、座標変換タイミング信号が「０」から「１」変位した時点は極座標系の中心位置に対応するので、この時点で物標検出データと同じデータを発生することで、極座標系の中心位置に物標が存在することを示す探知画像データが生成される。探知データの極座標系の中心位置とは、まさに自船位置を意味するので、これらの処理を行うことにより自船の探知データに相当する自船データが生成される。そして、この自船データを航跡画像データに順次追加して更新していくことで、航跡画像データに自船航跡データが形成される。

また、この発明は、自船データ生成手段に、探知データを探知画像データの各画素データへ変換するタイミングを与える座標変換クロックに基づいて座標変換タイミング信号を遅延させる遅延回路と、座標変換タイミング信号と遅延回路から出力された信号とを用いて極座標系の中心位置を検出する検出手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、遅延回路で座標変換タイミング信号を座標変換クロックに応じて遅延させる。そして、座標変換タイミング信号と、座標変換クロックに応じて遅延された座標変換タイミング信号とが検出手段に入力される。検出手段はこれらの信号を用いて、座標変換タイミング信号の立ち上がりから座標変換クロックに応じた長さの検出データを出力する。前述のように座標変換タイミング信号の立ち上がり部分は、極座標系の中心に相当し、極座標系の中心は自船位置に相当するので、この検出データが自船データとなる。

また、この発明は、自船データ生成手段に、複数段に備えられた遅延回路と、該複数段に備えられた各遅延回路からの信号を入力し、選択して出力する選択手段とを備え、検出手段で、該選択手段から出力される信号と座標変換タイミング信号とを用いて、極座標系の中心位置を検出することを特徴としている。

この構成では、遅延回路が複数段存在することで、各遅延回路から異なる遅延量の座標変換タイミング信号が出力される。各遅延回路による遅延量は座標変換クロックによって決定されるので、検出手段に出力する遅延された座標変換タイミング信号を選択することで、検出データの長さ、すなわち極座標系の中心位置に相当する探知画像データの画素数が選択される。これにより、自船データの画素数（幅）が選択可能となる。

この発明によれば、座標変換タイミング信号を用いて自船が順次検出されるので、この自船データを順に航跡画像データに更新して出力することで、単一のレーダ装置のみで自船航跡を表示することができる。

また、この発明によれば、自船データの画素数を選択することで、自船航跡の幅を選択することができる。これにより、探知レンジが小さい場合、すなわち各物標が大きく検出される場合に自船航跡の幅を広くし、探知レンジが大きい場合、すなわち各物標が小さく検出される場合に自船航跡の幅を狭くすることができる。この結果、自船航跡と物標航跡との大きさ（幅）の差を調整でき、オペレータに視認しやすい画像を表示することができる。

本発明に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図１は本実施形態のレーダ装置の主要部を表すブロック図である。
レーダアンテナ１は、所定回転周期で水平面を回転しながら、送信期間にパルス状電波（送信パルス信号）を外部に送信する。また、レーダアンテナ１は受信期間に物標で反射した電波（探知信号）を極座標系で受信して、受信部２にこの探知信号を出力するとともに、描画アドレス発生部５にスイープ角度データを出力する。

受信部２は、レーダアンテナ１からの探知信号を検波するとともに、前述のメインバングの抑圧や海面反射の抑圧（ＳＴＣ処理）を行って増幅し、ＡＤ変換部３に出力する。

ＡＤ変換部３は、このアナログ形式の探知信号をディジタル形式の探知データに変換する。スイープメモリ４は、ディジタル変換された１スイープ分の探知データを実時間で書き込み、次の送信により得れらる探知データが再び書き込まれるまでに、この１スイープ分のデータを現在画像用メモリ６と物標データ検出部７とに出力する。

描画アドレス発生部５は、スイープの回転中心を開始番地として、中心から周囲に向かって、所定方向を基準としたアンテナ角度と、スイープメモリ４の読み出し位置と、経度、緯度、および自船の船速等からなる自船位置情報と、コンパスデータとから、対応する直交座標系で配列された画像メモリの画素を指定する番地を作成し、現在画像用メモリ６、航跡画像用メモリ１２、およびＦＩＲＳＴ／ＬＡＳＴ検出部８に出力する。この際、自船位置情報とコンパスデータとを用いることで、自船の移動量を検出して、この移動量に応じてスイープの回転中心に相当する画像メモリの画素の番地を順次変更し、またアンテナ相対方位にコンパスデータの変化を加味することによりスイープ方向を安定化させる。これにより、自船や物標（他船）が現実に海上を移動する様子を画面上に表示するトルーモーション表示を行うことができる。

現在画像用メモリ６は、レーダアンテナ１（スイープ）の１回転（１スキャン）で得られる探知画像データを記憶する容量を備える。現在画像用メモリ６は、描画アドレス発生部５からの指定番地にしたがって、直交座標系で示された各画素に、スイープメモリ４から出力された極座標系の探知データを１回転分、現在画像データとして記憶する。この際、現在画像用メモリ６は、座標変換タイミング信号に従い、スイープ毎に１スイープ分のデータをスイープの回転中心から順に記憶していく。具体的には、「０」，「１」からなる座標変換タイミング信号の「０」から「１」に変位する時点をスイープ上の探知データの開始タイミングとして、座標変換タイミング信号が「１」の期間に、スイープの回転中心の探知データから順にスイープの周囲方向へ探知データを現在画像メモリ６の対応する各画素へ順に記憶していく。この際、各画素への探知データの記憶は座標変換クロックに基づいて行われる。すなわち、座標変換クロックの周期に応じて現在画像用メモリ６の各画素に探知データを順次記憶していく。そして、現在画像用メモリ６は、図示されていない表示制御部により表示器１４の走査と同期して、記憶されている現在画像データを読み出し、表示出力合成部１３に出力する。

本発明の「自船データ生成手段」に相当する物標データ検出部７は、スイープメモリ４から出力された探知データが所定閾値以上であれば、この探知データを物標検出データとして出力する。また、物標データ検出部７は、前記座標変換タイミング信号を入力し、次に示す方法を用いて自船データを生成し、この自船データを物標検出データとして出力する。

物標データ検出部７は、具体的には図２に示すブロック図で表される。図２は物標データ検出部７の主要部を表すブロック図である。
図２に示すように、物標データ検出部７は、比較器７１と、本発明の「遅延回路」に相当するｎ段のシフト回路７２ａ〜７２ｎと、本発明の「選択手段」に相当するセレクタ７３と、本発明の「検出手段」に相当するＡＮＤゲート７４と、ＯＲゲート７５とから構成される。
比較器７１は、スイープメモリ４から入力された探知データと、予め設定された閾値とを比較し、探知データがこの閾値以上であれば、探知データを物標検出データとしてＯＲゲート７５に出力する。
ｎ段のシフト回路７２ａ〜７２ｎは、それぞれ入力された信号を座標変換クロックの周期に基づき遅延させて出力する。
図３は初段のシフト回路７２ａに入力される座標変換タイミング信号（Ｓ０）と、各シフト回路７２ａ，７２ｂ，７２ｎから出力される信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓｎ）と、座標変換クロックとの関係を示すタイミングチャートである。

初段のシフト回路７２ａは、入力された座標変換タイミング信号（Ｓ０）を座標変換クロックの１周期分遅延させた信号（Ｓ１）を出力する。２段目のシフト回路７２ｂは、初段のシフト回路７２ａで出力された信号（Ｓ１）を入力し、座標変換クロックの１周期分さらに遅延させた信号（Ｓ２）を出力する。このように、シフト回路は後段になるほど座標変換クロックの１周期分信号を遅延させ、ｎ段目のシフト回路７２ｎは、座標変換タイミング信号を座標変換クロックのｎ周期分遅延させた信号（Ｓｎ）を出力する。

セレクタ７３は、遅延処理されていない座標変換タイミング信号（Ｓ０）と、各シフト回路７２ａ〜７２ｎでそれぞれ遅延された信号（Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ）とを入力し、遅延量を設定する選択信号に応じて、入力された信号（Ｓ０〜Ｓｎ）のいずれかをＡＮＤゲート７４に出力する。

ＡＮＤゲート７４は、セレクタ７３からの信号（Ｓ０〜Ｓｎ）を反転入力するとともに、遅延処理されていない座標変換タイミング信号（Ｓ０）を入力し、ＡＮＤ処理を行って出力する。例えば、図３（ｆ）は、セレクタ７３から初段のシフト回路７２ａでのみ遅延された信号（Ｓ１）がＡＮＤゲートに入力される場合を示しており、この場合、遅延信号（Ｓ１）の反転信号と座標変換タイミング信号（Ｓ０）がともに「１」となる座標変換タイミング信号が「０」から「１」に変位した後の座標変換クロック１周期の間が「１」で他の期間が「０」となる信号が出力される。ここで、座標変換タイミング信号は、前述のようにスイープ上の極座標系の探知データを直交座標系の画像メモリの各画素の画像データに変換を開始するタイミングを与える信号であるので、座標変換タイミング信号が「０」から「１」に変位するタイミングはスイープの回転中心（極座標系の中心）に対応する。これにより、ＡＮＤゲート７４から出力される、図３（ｆ）に示す信号は、スイープの回転中心位置を表す信号に他ならない。スイープの回転中心位置とはすなわち自船位置を表しているので、結果として、ＡＮＤゲート７４からは自船位置を表す信号が出力される。この信号は自船の探知データに相当し、これを自船データとしてＯＲゲート７５に入力する。

ＯＲゲート７５は比較器７１から入力された物標検出データとＡＮＤゲート７４から入力された自船データとを入力されたタイミングに応じて航跡データ発生部１１に出力する。

なお、ここで、セレクタ７３で出力する遅延処理した座標変換タイミング信号を選択することで、ＡＮＤゲート７４から出力される信号の「１」期間の長さ、すなわち自船データの大きさを選択することができる。例えば、セレクタ７３で２段目のシフト回路７２ｂから入力された信号を出力することにより座標変換クロックの２周期分に当たる大きさ（幅）の自船データを生成することができ、セレクタ７３でｎ段目のシフト回路７２ｎから入力された信号を出力することにより座標変換クロックのｎ周期分に当たる大きさ（幅）の自船データを生成することができる。このように、自船データの幅を選択することができることにより、図４に示すように自船航跡の幅が変更される。
図４は自船航跡の例を示す概要図である。
これを利用し、探知レンジが小さい場合、すなわち探知範囲が狭い場合には、物標が大きく表示されるので自船航跡の幅を太くし、探知レンジが大きい場合、すなわち探知範囲が広い場合には、物標が小さく表示されるので自船航跡の幅を狭くすることができる。

ＦＩＲＳＴ／ＬＡＳＴ検出部８は、スイープの１回転内において、航跡画像用メモリ１２上における描画アドレス発生部５で設定された直交座標系の各画素に、スイープが最初にアクセスしたタイミング、または最後にアクセスしたタイミングを検出し、このいずれかのタイミングを航跡データ発生部１１に与える。

航跡時間設定部９は、オペレータにより入力された航跡時間を減算タイミング発生部１０に出力し、減算タイミング発生部１０は、この航跡時間と航跡画像用メモリ１２の構成画素数に応じて減算タイミング信号の周期を決定し、この周期毎に減算タイミング信号をスイープの１回転期間に亘って航跡データ発生部１１に出力する。

航跡データ発生部１１は、物標データ検出部７からの探知データおよび自船データからなる物標検出データと、ＦＩＲＳＴ／ＬＡＳＴ検出部８からのタイミング信号と、減算タイミング発生部１０からの減算タイミング信号とを用いて、航跡画像用メモリ１２から読み出された航跡画像データを更新して、再び航跡画像用メモリ１２に出力する。

航跡画像用メモリ１２は、レーダアンテナ１の１回転（１スキャン）で得られる探知画像データを記憶する容量を備え、描画アドレス発生部５からの指定番地にしたがって、直交座標系で示された各画素に、航跡データ発生部１１から順次更新される航跡画像データを記憶する。これら航跡データ発生部１１と航跡画像用メモリ１２とが、本発明の「航跡画像データ生成手段」に相当する。

このように、探知データと自船データとからなる物標検出データを用いて航跡画像データを順次更新していくことで、他船航跡等の物標の航跡とともに自船航跡を含む航跡画像データを生成することができる。

そして、航跡画像用メモリ１２は、図示されていない表示制御部により表示器１４の走査と同期して、記憶されている自船航跡を含む航跡画像データを読み出し、表示出力合成部１３に出力する。

表示出力合成部１３は、現在画像データと、自船航跡を含む航跡画像データとを合成して、表示器１４に出力する。

これにより、表示器１４には自船航跡を含む探知画像が表示される。

上述のような構成とすることで、メインバングや航走波からの反射波を用いることなく自船航跡を表示することができるので、物標探知を正確に行いながら物標航跡とともに自船航跡を表示することができる。

また、上述のような構成とすることで、自船航跡と物標航跡との航跡時間を同じ工程で変更することができる。

また、上述のような構成とすることで、自船航跡の幅を探知レンジに応じて変化させることができ、オペレータにとって視認しやすい探知画像を提供することができる。

なお、前述の実施形態では、自船航跡を必ず生成する場合を説明したが、物標データ検出部７のＡＮＤゲート７４に自船データを出力するかどうかを選択する信号を入力する回路を設けることにより、自船航跡の表示、非表示を選択することができる。

また、前述の実施形態では、レーダ装置を例に説明したが、他の航跡表示を行う装置についても前記構成が適用でき、これによる効果を期待することができる。

本実施形態のレーダ装置の主要部を表すブロック図 図１に示す物標データ検出部７の主要部を表すブロック図 物標データ検出部７の初段のシフト回路７２ａに入力される座標変換タイミング信号と、各シフト回路７２ａ，７２ｂ，７２ｎから出力される信号と、座標変換クロックとの関係を示すタイミングチャート 自船航跡の例を示す概要図

符号の説明

１−レーダアンテナ
２−受信部
３−ＡＤ変換部
４−スイープメモリ
５−描画アドレス発生部
６−現在画像用メモリ
７−物標データ検出部
７１−比較器
７２ａ〜７２ｎ−シフト回路
７３−セレクタ
７４−ＡＮＤゲート
７５−ＯＲゲート
８−ＦＩＲＳＴ／ＬＡＳＴ検出部
９−航跡時間設定部
１０−減算タイミング発生部
１１−航跡データ発生部
１２−航跡画像用メモリ
１３−表示出力合成部
１４−表示器

Claims (4)

1. アンテナで受信した探知信号から生成された極座標系の探知データに基づき、物標の位置を示す直交座標系の現在画像データと前記物標の航跡を示す直交座標系の航跡画像データとからなる探知画像データを生成して出力するレーダ装置および類似装置において、
   前記極座標系の探知データを直交座標系の探知画像データに変換するタイミングを与える座標変換タイミング信号の変位のタイミングを用いて自船データを生成する自船データ生成手段と、
   前記探知データと前記自船データとを用いて、前記航跡画像データを更新しながら生成する航跡画像データ生成手段と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置および類似装置。
2. 前記自船データ生成手段は、
   前記座標変換タイミング信号の変換開始の変位のタイミングに基づいて前記極座標系の中心位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置および類似装置。
3. 前記自船データ生成手段は、
   前記探知データを前記探知画像データの各画素データへ変換するタイミングを与える座標変換クロックに基づいて、前記座標変換タイミング信号を遅延させる遅延回路と、
   前記座標変換タイミング信号と前記遅延回路から出力された信号とを用いて、前記極座標系の中心位置を検出する前記検出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置および類似装置。
4. 前記自船データ生成手段は、
   複数段に備えられた前記遅延回路と、
   該複数段に備えられた各遅延回路からの信号を入力し、選択して出力する選択手段とを備え、
   前記検出手段は、該選択手段から出力される信号と前記座標変換タイミング信号とを用いて、前記極座標系の中心位置を検出することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置および類似装置。

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