JP4291530B2

JP4291530B2 - Target orientation detection method

Info

Publication number: JP4291530B2
Application number: JP2001363178A
Authority: JP
Inventors: 成美早川
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003161774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の周囲に存在する目標例えば他の船舶や陸地等を船舶に搭載された空中線により無線探知する際に、その目標の方位を得るために実行される目標方位検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から様々な船舶に船舶レーダ装置が搭載され無線探知手段として広く用いられている。船舶レーダ装置は、搭載先船舶上の見晴らしのよい箇所に設置したレーダ空中線を用い、略水平面内における他の物体（「目標」）の存否、距離、方向等を探知して、ＣＲＴ、ＬＣＤ等の表示装置により探知結果を表示する装置である。船舶レーダ装置には様々なものがあるが、多くの船舶レーダ装置においては、レーダ空中線の輻射部を略鉛直な軸（空中線主軸）周りで回動させつつ無線信号の送信及び周囲からの反射波の受信を行うことにより、上掲の探知を行う。周囲に存する目標までの距離は、探知のための無線信号の送信からその目標からの反射波の受信までに要した時間から、また搭載先船舶から見たその目標の方向は、無線信号送信・反射波受信時における空中線主軸周りでの輻射部の角度位置から、知ることができる。
【０００３】
更に、通常、輻射部の角度位置は、空中線主軸に付設したロータリーエンコーダ等の回転センサ・角度センサにより検出することができる。このようにして検出される角度位置は、空中線主軸周りでの角度位置であり、ひいては、搭載先船舶に固定された座標系における目標方向を示している。これは、搭載先船舶を基準とした相対的な方位、より具体的には搭載先船舶の船首方向等搭載先船舶に固有・固定の方向を基準とした相対的な方位である。地球表面に固定された座標系における目標方向即ち目標の絶対方位とは、一般に一致しない。そのため、空中線主軸周りでの輻射部の角度位置の検出値から、目標の絶対方位（以下単に「目標方位」又は「目標の方位」と称する）を求めるには、回転センサ・角度センサが基準としている方向を特定するための情報、例えば船首方位に関する情報を、別途、得る必要がある。その種の情報は、通常、ジャイロコンパス等から得ることができる。
【０００４】
図３に、従来における船舶レーダ装置の一例構成を示す。この図に示す船舶レーダ装置は、レーダ空中線１０、送受信機３０及びレーダ表示装置（指示機）４０を備えている。送受信機３０は、例えば、所定の繰返し周期を有するパルスにて無線信号を変調することにより探知信号を発生させ、導波管２０を介しレーダ空中線１０の輻射部１１（図４参照）に供給し、周囲に無線送信させる。レーダ空中線１０は、搭載先船舶の船体に固定されており、その空中線主軸の向きは、搭載先船舶の船体が傾斜していないときに鉛直方向を向くよう設定されている。レーダ空中線１０は、図示しないモータ及びその駆動回路によって、空中線輻射部１１を空中線主軸周りで定速回転させる。レーダ空中線１０は、このようにその輻射部１１を回転させつつ上述の探知信号送信と目標からの反射波の受信を行う。レーダ空中線１０の受信出力は、導波管２０を介して送受信機３０に供給される。送受信機３０は、この受信信号に周波数変換、増幅等の処理を施すことによって生成したレーダビデオを、レーダ表示装置４０に供給する。レーダ表示装置４０は、このレーダビデオに基づき、目標の存否やその位置等に関する表示、例えばＰＰＩ表示を行う。
【０００５】
また、レーダ表示装置４０の画面上でＰＰＩ表示を行うため、またそれに先だって座標変換や相関処理等を行うため、搭載先船舶の船首方位検出値を示す船首方位信号をジャイロコンパスから、また空中線主軸周りでのレーダ空中線１０の角度位置即ち目標の相対方位を示す空中線方位信号をレーダ空中線１０内の回転センサ・角度センサから、それぞれレーダ表示装置４０に供給する。これら、空中線方位信号と船首方位信号とにより、目標の相対方位を絶対方位に変換することができるため、地球表面固定の座標系による表示（例えば画面上方向を北に固定した表示）を行うことができ、また、過去のレーダビデオと最新のレーダビデオとの相関を検出・強調する相関処理を正しく行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の船舶レーダ装置においては、搭載先船舶の船体が動揺した場合に、目標方位を正しく検出できない、という問題点があった。
【０００７】
まず、レーダ空中線１０のビーム形状は、一般的に、図４及び図５に示すファンビーム形状である。一般に「ファンビーム」とは扇状に広がったビームのことであるが、船舶レーダ装置のレーダ空中線１０におけるそれは、その扇を上下方向に広げたファンビームのことである。より詳細には、空中線主軸及び電波輻射方向を含む平面内におけるビーム幅θ_Vが図４及び図５（ａ）に示されるように広く上下対称の扇形であり、かつ、これと直交し空中線主軸と平行な平面内におけるビーム幅θ_Hが図４及び図５（ｂ）に示すように狭い、という特徴を有している。
【０００８】
空中線主軸及び電波輻射方向を含む平面と直交し空中線主軸と平行な平面、即ち船体非傾斜時に水平となる面における狭いビーム幅θ_Hは、図５（ｂ）から明らかなように、方位分解能を高くすること等を目的としたものである。また、空中線主軸及び電波輻射方向を含む平面、即ち船体非傾斜時に鉛直となる面におけるビーム幅θ_Vを広くするのは、図５（ａ）から明らかなように、波浪等によって多少船体が傾いても目標を捕捉できるためである。捕捉する必要がある目標、例えば他の船舶は、一般に水面に現れている物体であるから、仮に、ビーム幅θ_H及びθ_Vが共に狭いペンシルビームを用いたとしたら、船体の傾斜により目標を捕捉できなくなることがあろう。このように、目標を確実に探知捕捉しその方位分解能を確保するという要請から、上述のように上下に扇が広がったファンビームを使用する。
【０００９】
図４に示したビーム形状は、概念的には、空中線主軸と平行で電波輻射方向と直交する平面におけるきわめて縦長の楕円（図６（ａ）参照）として把握できる。搭載先船舶の船体が傾斜していないときには、水面上の目標は、図６（ｂ）に示すようにこのビームにより好適に捕捉できる。また、発生している動揺が縦揺れのみ又は横揺れのみである場合も、それぞれ図６（ｃ）又は（ｄ）に示すように、目標を好適に捕捉でき方位ずれは生じない。なお、ここでは、空中線主軸と電波輻射方向を含む平面内における空中線輻射部１１の動揺・傾斜を縦揺れ、それと直交し空中線主軸と平行な平面内における空中線輻射部１１の動揺・傾斜を横揺れと称している。一般にピッチ、ロールと称される船体の縦揺れ（船首方向の揺れ）、横揺れ（船幅方向の揺れ）とは一致しないので、留意されたい。
【００１０】
しかし、空中線輻射部１１に縦揺れ・横揺れが同時発生した場合、即ち図６（ｃ）の揺れと図６（ｄ）の揺れが同時発生した場合、図６（ｅ）に示すように、電波輻射方向が目標の方向と一致しているときには、ビームで目標を捕捉できない。図６（ｆ）に示すように、空中線輻射部１１が空中線主軸周りで回転するにつれ、いずれ目標は捕捉されるに至るけれども、目標が捕捉されたときの電波輻射方向は搭載先船舶から見た目標の方向から外れている。
【００１１】
このような原因によるずれを防ぐ方法として、レーダ空中線１０をいわゆる安定台上に設置し、船体が傾斜しても空中線輻射部１１は傾斜しないようにする、という方法があるが、安定台は鉛直ジャイロ等を使用するため一般に高価である。本発明は、船体の傾斜による目標方位検出誤差を抑えること、特に安定台等の高価な部材を使用せずにそれを達成することを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明は、（１）空中線主軸周りで空中線の電波輻射方向を回転させつつ、探知信号の無線送信及び周囲の目標からの反射波の受信と、空中線主軸周りでの電波輻射方向の検出と、対地基準の船体方位の検出とを行い、船体基準で得られている電波輻射方向検出値を船体方位検出値に基づき換算することにより目標が存在する方位である目標方位を検出する目標方位検出方法であって、（２）空中線として、船体非傾斜時に鉛直方向を向くようその回転軸たる空中線主軸の姿勢が船体に対して固定された空中線であって、空中線主軸を含む面内におけるビーム幅θ_Vが広く空中線主軸と直交する面内におけるビーム幅θ_Hが狭いファンビーム指向性を有する空中線を、用いる目標方位検出方法において、（３）船体傾斜角を検出し、船体傾斜角検出値に基づいて、水平面に対する前記電波輻射方向の傾きを示す縦揺れ角と、前記電波輻射方向に平行な鉛直面に対する前記空中線主軸の傾きを示す横揺れ角と、を算出し、前記縦揺れ角および前記横揺れ角に基づき、目標方位検出値中の船体傾斜による誤差を補償又は防止することを特徴とする。
【００１３】
この誤差補償・防止は、例えば、（４）前記縦揺れ角および前記横揺れ角に基づいて、目標方位検出値中の船体傾斜による誤差が抑圧されるよう、空中線主軸周りでの電波輻射方向回転速度を変調することによって、実現する。或いは、（５）前記縦揺れ角および前記横揺れ角に基づいて、目標方位検出値中の船体傾斜による誤差が抑圧されるよう、電波輻射方向検出値又は目標方位検出値を補正することによって、実現する。より好ましくは、船体上に固定的に設定された複数個所で測位衛星からの信号を受信しその結果を比較又は結合させることにより対地基準の船体方位を検出し、更に、船体上に固定的に設定された３個所以上で測位衛星からの信号を受信しその結果を比較又は結合させることにより対地基準の船体方位と船体傾斜角とを検出する。
【００１４】
ここに、空中線輻射部の縦揺れ角（図６（ｃ）参照）をθ_pとし、空中線輻射部の横揺れ角（図６（ｄ）参照）をθ_rとすると、目標方位検出誤差（図６（ｆ）中の「方位ずれ」）Δａｚは、θ _p ・ｓｉｎθ _rとなる。
【００１５】
本発明においては、横揺れ角θ_r及び縦揺れ角θ_pを船体傾斜角から算出できること（図６参照）、船体傾斜角は傾斜センサにより検出できることに、着目している。即ち、本発明においては、船体傾斜角検出値に基づき目標方位検出誤差Δａｚを補償又は防止している。これにより、安定台を用いることなく目標方位検出誤差Δａｚを軽減できる。更に、この効果は、空中線主軸周りでの電波輻射方向回転速度を変調することによっても、電波輻射方向検出値又は目標方位検出値を補正することによっても、得ることができる。更に、船体上にＧＰＳ受信機等の測位装置を複数個固定的に配置し、それらの出力を比較又は結合させることによって、或いはＧＰＳジャイロ又はそれに類する機器を使用することによって、船体の方位や傾斜を検出し、本発明にて利用することができる。ＧＰＳ等衛星を利用した測位装置であれば、地磁気の影響を受けないため磁北極、磁南極等の近傍でもその効果を期待できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。なお、図３に示した従来技術と同様の又は対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態に係る船舶レーダ装置の構成を示す。本実施形態に係る船舶レーダ装置は、レーダ空中線１０Ａ、送受信機３０及びレーダ表示装置（指示機）４０Ａを備えている。レーダ空中線１０Ａは、船舶上の見晴らしの良い箇所に設置されている。安定台等は使用する必要がない。また、レーダ空中線１０Ａは導波管２０によって送受信機３０と接続されている。送受信機３０にて発生させた探知信号は導波管２０を介してレーダ空中線１０Ａに供給され周囲に無線送信される一方、レーダ空中線１０Ａにより受信された反射波は導波管２０を介して送受信機３０に供給される。なお、導波管２０を廃止し、レーダ空中線１０Ａと送受信機３０とを一体化してもかまわない。送受信機３０とレーダ表示装置４０Ａとの一体化も可能である。
【００１８】
本実施形態にて特徴的なところは、ＧＰＳ受信装置５０から得られるＧＰＳ方位信号及び傾斜信号に基づきレーダ空中線１０Ａにおける空中線輻射部１１の回転速度が変調されること、またこれらＧＰＳ方位信号及び傾斜信号に基づきレーダ表示装置４０ＡにおけるＰＰＩ表示が行われることにある。
【００１９】
図２に、レーダ空中線１０Ａ、特に空中線輻射部１１を駆動するための回路を示す。空中線輻射部１１は空中線主軸１５に連結されており、空中線主軸１５は船体非傾斜時に鉛直方向を向くようその姿勢が船体に対し固定されている。空中線駆動モータ１４は、モータ駆動回路１３によって駆動され、空中線主軸１５周りで空中線輻射部１１を回転させる。モータ駆動回路１３は、空中線回転信号発生部１８から供給される空中線回転信号に従い、空中線駆動モータ１４を駆動する。この空中線回転信号は、空中線回転角度の制御目標に対する検出値の誤差を示す信号であり、この空中線回転信号に従い空中線駆動モータ１４を駆動することによって、空中線回転角度が（角度）位置制御されることとなる。なお、ここで空中線回転角度と称しているのは、船体基準の方向例えば船首方向を基準とする電波輻射方向、言い換えれば空中線主軸の周における基準角度位置に対し空中線輻射部１１の電波輻射方向がなす角度のことである。
【００２０】
この位置制御に必要な情報即ち空中線回転信号を発生させるのに必要な情報のうち、空中線回転角度の検出値は、ロータリーエンコーダ１６及び空中線回転角度検出部１７から得られる。ロータリーエンコーダ１６は空中線回転角度を検出するためのセンサであり、空中線主軸１５に付設されている。ロータリーエンコーダ１６から得られる信号は、例えば、空中線輻射部１１が基準角度位置例えば船首方向を向いたことを示す信号や空中線回転角度が所定微小角度変化したことを示す信号である。空中線回転角度検出部１７は、空中線方位信号から空中線回転角度を検出し、これを空中線回転信号発生部１８に供給する。空中線回転信号発生部１８は、この空中線回転角度検出値を目標値から減ずることによって制御誤差を求め、求めた制御誤差に応じて前掲の空中線回転信号を発生させる。このように、空中線回転角度に関しては、フィードバックループが形成されている。
【００２１】
また、位置制御に必要な情報即ち空中線回転信号を発生させるのに必要な情報のうち、空中線回転角度の目標値は、演算部１９から空中線回転信号発生部１８に与えられる。演算部１９では、定速回転信号発生部１２から与えられる各速度ω及び方位信号傾斜信号再生部５２から与えられる補正角θ_GPSとに基づき、空中線回転信号を発生させる。即ち、定速回転信号発生部１２は、船体が傾斜していないときに空中線主軸１５周りで即ち船体基準で空中線輻射部１１が定速回転するよう、空中線主軸１５周りでの空中線輻射部１１の回転角速度ωを指令する。演算部１９においては、空中線主軸１５周りでの空中線輻射部１１の角度位置即ち空中線回転角度の瞬時値が位相値でωｔ＋θ_GPSとなるよう、目標値を決定して空中線回転信号発生部１８に供給する。
【００２２】
補正角θ_GPSは、方位信号傾斜信号再生部５２が、ＧＰＳ受信装置５０からの傾斜信号に基づき発生させる。ＧＰＳ受信装置５０は、例えば、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するためのＧＰＳアンテナ５１（及び若干の回路）を複数組備え、船体に固定された装置であり、搭載先船舶の船体の方位を示すＧＰＳ方位信号（例えば船首方位を示す信号）や、搭載先船舶の船体の傾斜を示す傾斜信号を、出力する。即ち、船体に対する各ＧＰＳアンテナ５１の位置関係やＧＰＳアンテナ５１相互の位置関係は既知であるため、各ＧＰＳアンテナ５１により捕捉した信号の位相値を調べることで、或いは各ＧＰＳアンテナ５１による受信結果から個別に導出した測位結果を比較することで、ＧＰＳ方位信号及び傾斜信号を発生させることができる。方位信号傾斜信号再生部５２は、傾斜信号から空中線輻射部１１の傾斜角度を求め、それらから更に補正角θ_GPSを求めて演算部１９に供給する。ここに、傾斜信号は船体の傾斜角度即ち一般にピッチ、ロールと称される角度を示す信号であるため、船体に対する空中線輻射部１１の電波輻射方向の角度、即ち空中線回転角度がわかれば、傾斜信号から空中線輻射部１１の傾斜角度即ち図６中のθ_r及びθ_Pを導出できる。本実施形態の場合、空中線回転角度検出部１７、演算部１９又は定速回転信号発生部１２から空中線回転角度の検出値、目標値又は概略値（非傾斜時値）を得て、傾斜信号からθ_r及びθ_Pを導出する。更に、方位信号傾斜信号再生部５２は、θ_r及びθ_Pから前掲の式により船体傾斜による方位ずれΔａｚを推定し、その結果を補正角θ_GPSとして出力する。その際、ＧＰＳ方位信号によって与えられる船首方位、即ち基準方位に対する船首方向のずれを減算することで、補正角θ_GPSを対地基準で与えることができる。
【００２３】
結果として、空中線回転信号は、補正角θ_GPSにより位相変調された信号となる。従って、空中線主軸１５周りでの空中線輻射部１１の回転速度は、空中線輻射部１１が船体傾斜に応じて不等速回転するよう、変調される。従って、本実施形態によれば、図６（ｆ）に示した方位ずれΔａｚが補償された空中線方位信号が得られる。ＧＰＳ方位信号に基づき補正角θ_GPSが対地基準で与えられていれば、空中線方位信号は、対地基準の信号即ち電波輻射方向を（真北等を基準とした）方位で与える信号となる。レーダ表示装置４０Ａにおいては、ＧＰＳ受信装置５０からのＧＰＳ方位信号及び傾斜信号やレーダ空中線１０Ａからの空中線方位信号を利用して、真運動表示（真北等を基準としたＰＰＩ表示）や相関処理を行う。方位ずれΔａｚが補償されているため、これらの表示・処理を従来に比べて正確に行える。傾斜による方位ずれΔａｚが原因となって発生する様々な問題点、即ち動揺時における画面上での目標映像の「飛び」も防止できる。ＡＲＰＡ等、目標の追尾やその危険性判断を行う装置では、これにより、格段に精度及び信頼性が高まる。空中線方位信号が対地基準で与えられれば、真運動表示等のための座標変換処理特に船首方位分の回転変換処理が不要になるため、レーダ表示装置４０Ａが負うべき処理負担が軽減され、また、真方位表示情報のみ保持すればよいため、レーダ表示装置４０Ａにおけるメモリ使用量を低減できかつ映像フレーム間の相関処理を容易かつ正確に実行できる。これは、映像のＳＮ比の改善につながる。ＧＰＳ受信装置５０をいわばジャイロ兼傾斜センサとして用いているため、極地では使用できないという不具合もない。
【００２４】
また、本実施形態では空中線回転信号を発生させる基になる空中線回転角度目標値を、傾斜や船首方位に応じて位相変調することによって、目的を達成している。変調の対象を、目標値ではなく検出値としてもよいし、空中線回転信号（制御誤差値）としてもよい。また、空中線回転制御自体は従来通り行い、方位信号傾斜信号再生部５２の出力により空中線方位信号を補正してレーダ空中線１０Ａから出力するようにしてもよい。或いは、レーダ空中線１０Ａ自体は従来のレーダ空中線１０と同じ構成とし、レーダ表示装置４０Ａ内でこの補正を行うようにしてもよい。更に、周波数やビーム幅が異なるレーダ空中線・送受信機によるレーダビデオレーダを合成して表示する際に本発明を適用することも可能であり、その場合、高精度な映像合成という効果が発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る船舶レーダ装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態における空中線駆動原理を示すブロック図である。
【図３】従来における船舶レーダ装置の一例構成を示す図である。
【図４】船舶レーダ装置における典型的なビーム形状を示す図である。
【図５】このビーム形状の所以を示す図であり、特に（ａ）は垂直ビーム幅設定の、（ｂ）は水平ビーム幅設定の理由を示す図である。
【図６】船体傾斜による目標方位検出誤差の発生原理及びその対策原理を示す図であり、特に（ａ）はビーム断面を、（ｂ）は非傾斜時における目標捕捉状態を、（ｃ）は輻射部縦揺れ時における目標捕捉状態を、（ｄ）は輻射部横揺れ時における目標捕捉状態を、（ｅ）は輻射部縦横揺れ時における目標捕捉状態を、（ｆ）は方位ずれを、それぞれ示す図である。
【符号の説明】
１０Ａレーダ空中線、１１空中線輻射部、１２定速回転信号発生部、１３モータ駆動回路、１４空中線駆動モータ、１５空中線主軸、１６ロータリーエンコーダ、１７空中線回転角度検出部、１８空中線回転信号発生部、１９演算部、３０送受信機、４０Ａレーダ表示装置（指示機）、５０ＧＰＳ受信装置、５１ＧＰＳアンテナ、５２方位信号傾斜信号再生部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a target azimuth detection method which is executed to obtain a target azimuth when a target existing around a ship, for example, another ship or land is wirelessly detected by an aerial mounted on the ship.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ship radar devices are mounted on various ships and are widely used as wireless detection means. The ship radar device uses a radar aerial installed in a place with a good view on the ship where it is mounted, and detects the presence, distance, direction, etc. of other objects (“targets”) in a substantially horizontal plane, CRT, LCD, etc. This is a device for displaying a detection result by the display device. There are various ship radar devices, but in many ship radar devices, a radio signal is transmitted and a reflected wave is reflected from the surroundings while rotating the radiation part of the radar antenna about a substantially vertical axis (main antenna main axis). The above-mentioned detection is performed by receiving. The distance to the target in the surrounding area is the time taken from the transmission of the radio signal for detection to the reception of the reflected wave from the target, and the direction of the target as viewed from the ship on which it is installed It can be known from the angular position of the radiating portion around the antenna main axis at the time of receiving the reflected wave.
[0003]
Furthermore, normally, the angular position of the radiation part can be detected by a rotation sensor / angle sensor such as a rotary encoder attached to the antenna main shaft. The angular position detected in this way is an angular position around the antenna main axis, and by extension, indicates a target direction in a coordinate system fixed to the ship on which the vehicle is mounted. This is a relative azimuth | direction relative to the loading destination ship, more specifically, a relative azimuth based on a direction unique to the loading destination ship such as a bow direction of the loading destination ship. In general, the target direction in the coordinate system fixed on the earth surface, that is, the absolute direction of the target, does not coincide. Therefore, in order to obtain the target absolute azimuth (hereinafter simply referred to as “target azimuth” or “target azimuth”) from the detected value of the angular position of the radiating unit around the antenna main axis, the rotation sensor / angle sensor is used as a reference. It is necessary to separately obtain information for specifying the current direction, for example, information related to the heading. Such information can usually be obtained from a gyrocompass or the like.
[0004]
FIG. 3 shows an example configuration of a conventional ship radar apparatus. The ship radar device shown in this figure includes a radar antenna 10, a transceiver 30, and a radar display device (indicator) 40. For example, the transceiver 30 generates a detection signal by modulating a radio signal with a pulse having a predetermined repetition period, and supplies the detection signal to the radiation unit 11 (see FIG. 4) of the radar antenna 10 via the waveguide 20. , Wireless transmission around. The radar aerial line 10 is fixed to the hull of the mounting destination ship, and the direction of the main axis of the aerial line is set to face the vertical direction when the hull of the mounting destination ship is not inclined. The radar antenna 10 rotates the antenna radiating section 11 at a constant speed around the main axis of the antenna by a motor (not shown) and its drive circuit. The radar antenna 10 thus transmits the detection signal and receives the reflected wave from the target while rotating the radiation unit 11 in this manner. The reception output of the radar antenna 10 is supplied to the transceiver 30 via the waveguide 20. The transceiver 30 supplies the radar display device 40 with radar video generated by subjecting the received signal to processing such as frequency conversion and amplification. Based on the radar video, the radar display device 40 performs display relating to the presence / absence of the target and its position, for example, PPI display.
[0005]
In addition, in order to perform PPI display on the screen of the radar display device 40 and to perform coordinate conversion, correlation processing, etc. prior to that, a heading signal indicating the heading detection value of the ship to be mounted is sent from the gyrocompass and the antenna main axis. An antenna direction signal indicating an angular position of the surrounding radar antenna 10, that is, a target relative direction is supplied from the rotation sensor and the angle sensor in the radar antenna 10 to the radar display device 40. Because these aerial direction signals and bow direction signals can be used to convert the target relative direction to an absolute direction, display using a coordinate system with a fixed surface on the earth (for example, display with the screen direction fixed to the north) In addition, the correlation processing for detecting and enhancing the correlation between the past radar video and the latest radar video can be correctly performed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional ship radar device has a problem that the target orientation cannot be detected correctly when the hull of the ship on which the ship is mounted is shaken.
[0007]
First, the beam shape of the radar antenna 10 is generally the fan beam shape shown in FIGS. In general, a “fan beam” is a fan-shaped beam, but in the radar antenna 10 of a marine radar apparatus, it is a fan beam in which the fan is expanded vertically. More specifically, the beam width θ _V in the plane including the antenna main axis and the radio wave radiation direction is wide and vertically symmetric as shown in FIGS. 4 and 5A, and is perpendicular to the antenna main axis. The beam width θ _H in a plane parallel to the surface is narrow as shown in FIGS. 4 and 5B.
[0008]
As is clear from FIG. 5B, the narrow beam width θ _H in the plane perpendicular to the plane including the antenna main axis and the radio wave radiation direction and parallel to the antenna main axis, that is, the plane horizontal when the hull is not tilted, The purpose is to make it higher. Further, the beam width θ _V in the plane including the antenna main axis and the direction of radio wave radiation, that is, the plane that is vertical when the hull is not tilted, is widened due to waves or the like, as is apparent from FIG. This is because the target can be captured. Targets that need to be captured, such as other ships, are generally objects appearing on the surface of the water. If a pencil beam with a narrow beam width θ _H and θ _V is used, the target is captured by the inclination of the hull. It may not be possible. As described above, a fan beam having a fan spread up and down as described above is used in order to reliably detect and capture a target and to ensure its azimuth resolution.
[0009]
The beam shape shown in FIG. 4 can be conceptually understood as an extremely long ellipse (see FIG. 6A) in a plane parallel to the antenna main axis and orthogonal to the radio wave radiation direction. When the hull of the ship to be loaded is not inclined, the target on the water surface can be suitably captured by this beam as shown in FIG. In addition, even when the generated vibration is only pitching or rolling only, as shown in FIG. 6 (c) or (d), the target can be captured appropriately and no azimuth deviation occurs. In this case, the oscillation / inclination of the aerial radiation unit 11 in the plane including the antenna main axis and the radio wave radiation direction is pitched, and the oscillation / inclination of the aerial radiation unit 11 in the plane perpendicular to and parallel to the antenna main axis is rolled. It is called. It should be noted that the pitching (rolling in the bow direction) and rolling (swinging in the width direction) of the hull generally referred to as pitch and roll do not match.
[0010]
However, when pitch and roll are generated simultaneously in the antenna radiation part 11, that is, when the swing of FIG. 6 (c) and the swing of FIG. 6 (d) occur simultaneously, as shown in FIG. 6 (e), When the radio wave radiation direction matches the target direction, the target cannot be captured by the beam. As shown in FIG. 6 (f), as the antenna radiating section 11 rotates around the antenna main axis, the target will eventually be captured, but the radio wave radiation direction when the target is captured is the target viewed from the ship on which the ship is mounted. Is out of the direction.
[0011]
As a method of preventing the deviation due to such a cause, there is a method in which the radar aerial line 10 is installed on a so-called stabilizing table so that the antenna radiation unit 11 does not tilt even when the hull is tilted. Since a gyroscope is used, it is generally expensive. An object of the present invention is to suppress a target bearing detection error due to the inclination of the hull, and in particular, to achieve it without using an expensive member such as a stable base.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention provides (1) wireless transmission of a detection signal and reception of a reflected wave from a surrounding target while rotating the radio wave radiation direction around the antenna main axis, and around the antenna main axis. This is the direction in which the target exists by detecting the direction of radio wave radiation at the ground and detecting the hull orientation based on the ground, and converting the radio wave radiation direction detection value obtained based on the hull basis based on the hull direction detection value. A target azimuth detection method for detecting a target azimuth, wherein (2) an aerial is an aerial in which the attitude of the aerial main axis as a rotation axis thereof is fixed with respect to the hull so as to face the vertical direction when the hull is not tilted. the antenna having a beam width theta _H narrow fan beam directional in a plane beam width theta _V in a plane including the principal axis is orthogonal to the wide antenna main axis, the target direction detection method using, (3) Detecting a body inclination angle, on the basis of the hull inclination angle detection value, roll showing the pitch angle shows the inclination of the radio wave radiation direction with respect to the horizontal plane, the inclination of the antenna main shaft for parallel vertical plane to the radio wave radiation directions An angle is calculated, and based on the pitch angle and the roll angle , an error caused by a hull inclination in a target bearing detection value is compensated or prevented.
[0013]
This error compensation / prevention is, for example, (4) based on the pitch angle and the roll angle, so that the error due to the hull inclination in the target bearing detection value is suppressed so that the radio wave radiation direction rotation around the antenna main axis is suppressed. This is achieved by modulating the speed. Alternatively, (5) by correcting the radio wave radiation direction detection value or the target azimuth detection value based on the pitch angle and the roll angle so as to suppress an error due to the hull inclination in the target azimuth detection value, Realize. More preferably, signals from positioning satellites are received at a plurality of positions fixedly set on the hull, and the results are compared or combined to detect the ground-based hull orientation, and further fixed on the hull. The signals from the positioning satellites are received at three or more set points, and the results are compared or combined to detect the ground-based hull orientation and hull inclination angle.
[0014]
Here, the pitch angle of the antenna radiation portion (see FIG. 6 (c)) and theta _p, the roll angle of the air in the line radiation portion (see FIG. 6 (d)) and theta _r, goals The azimuth detection error (“azimuth misalignment” in FIG. 6F) Δaz is θ _p · sin θ _r .
[0015]
In the present invention, attention is paid to the fact that the roll angle θ _r and the pitch angle θ _p can be calculated from the hull inclination angle (see FIG. 6) , and the hull inclination angle can be detected by an inclination sensor. That is, in the present invention, the target heading detection error Δaz is compensated or prevented based on the hull inclination angle detection value . Thereby, the target azimuth detection error Δaz can be reduced without using a stable base. Furthermore, this effect can be obtained by modulating the radio wave radiation direction rotational speed around the antenna main axis, or by correcting the radio wave radiation direction detection value or the target azimuth detection value. Furthermore, by positioning a plurality of positioning devices such as GPS receivers on the hull and comparing or combining their outputs, or using a GPS gyro or similar device, the direction and inclination of the hull Can be detected and used in the present invention. A positioning device that uses a satellite such as GPS is not affected by geomagnetism, so that the effect can be expected in the vicinity of the magnetic north pole, magnetic south pole, and the like.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar or corresponding to the prior art shown in FIG. 3, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0017]
FIG. 1 shows a configuration of a ship radar apparatus according to an embodiment of the present invention. The ship radar apparatus according to the present embodiment includes a radar antenna 10A, a transceiver 30, and a radar display device (indicator) 40A. The radar antenna 10A is installed at a place with a good view on the ship. There is no need to use a stabilizer. The radar antenna 10 </ b> A is connected to the transceiver 30 by the waveguide 20. The detection signal generated by the transceiver 30 is supplied to the radar antenna 10A via the waveguide 20 and wirelessly transmitted to the surroundings, while the reflected wave received by the radar antenna 10A is transmitted and received via the waveguide 20. Supplied to the machine 30. The waveguide 20 may be eliminated, and the radar antenna 10A and the transceiver 30 may be integrated. Integration of the transceiver 30 and the radar display device 40A is also possible.
[0018]
The characteristic feature of this embodiment is that the rotational speed of the antenna radiating unit 11 in the radar antenna 10A is modulated based on the GPS azimuth signal and the tilt signal obtained from the GPS receiver 50, and these GPS azimuth signal and tilt. The PPI display in the radar display device 40A is performed based on the signal.
[0019]
FIG. 2 shows a circuit for driving the radar antenna 10 </ b> A, in particular, the antenna radiation unit 11. The antenna radiating unit 11 is connected to the antenna main shaft 15, and the attitude of the antenna main shaft 15 is fixed to the hull so that it faces the vertical direction when the hull is not tilted. The antenna drive motor 14 is driven by the motor drive circuit 13 and rotates the antenna radiation unit 11 around the antenna main axis 15. The motor drive circuit 13 drives the antenna drive motor 14 in accordance with the antenna rotation signal supplied from the antenna rotation signal generator 18. This antenna rotation signal is a signal indicating an error in the detected value with respect to the control target of the antenna rotation angle. By driving the antenna drive motor 14 in accordance with this antenna rotation signal, the position of the antenna rotation angle is controlled (angle). It becomes. Here, the antenna rotation angle is referred to as the radio wave radiation direction relative to the hull reference direction, for example, the bow direction, in other words, the radio wave radiation direction of the antenna radiation unit 11 with respect to the reference angle position around the antenna main axis. It is the angle to make.
[0020]
Among the information necessary for this position control, that is, the information necessary for generating the antenna rotation signal, the detected value of the antenna rotation angle is obtained from the rotary encoder 16 and the antenna rotation angle detector 17. The rotary encoder 16 is a sensor for detecting the antenna rotation angle, and is attached to the antenna main spindle 15. The signal obtained from the rotary encoder 16 is, for example, a signal indicating that the antenna radiating unit 11 is directed to a reference angle position, for example, the bow direction, or a signal indicating that the antenna rotation angle has changed by a predetermined minute angle. The antenna rotation angle detector 17 detects the antenna rotation angle from the antenna direction signal and supplies it to the antenna rotation signal generator 18. The antenna rotation signal generator 18 obtains a control error by subtracting the antenna rotation angle detection value from the target value, and generates the above-described antenna rotation signal according to the obtained control error. Thus, a feedback loop is formed with respect to the antenna rotation angle.
[0021]
Of the information necessary for position control, that is, the information necessary to generate the antenna rotation signal, the target value of the antenna rotation angle is given from the calculation unit 19 to the antenna rotation signal generation unit 18. The calculation unit 19 generates an antenna rotation signal based on each speed ω given from the constant speed rotation signal generation unit 12 and the correction angle θ _GPS given from the azimuth signal tilt signal reproduction unit 52. That is, the constant speed rotation signal generation unit 12 is configured so that the antenna radiation unit 11 around the antenna main axis 15 rotates at a constant speed around the antenna main axis 15 when the hull is not inclined, that is, based on the hull. Command rotational angular velocity ω. In the arithmetic unit 19, a target value is determined and supplied to the antenna rotation signal generation unit 18 so that the angular position of the antenna radiation unit 11 around the antenna main axis 15, that is, the instantaneous value of the antenna rotation angle, becomes the phase value ωt + θ _GPS. To do.
[0022]
The correction angle θ _GPS is generated by the azimuth signal tilt signal reproduction unit 52 based on the tilt signal from the GPS receiver 50. The GPS receiver 50 is a device that includes a plurality of sets of GPS antennas 51 (and some circuits) for receiving signals from GPS satellites, for example, and is fixed to the hull, and indicates the direction of the hull of the ship on which it is mounted. A GPS heading signal (for example, a signal indicating the heading) and a tilt signal indicating the tilt of the hull of the mounted ship are output. That is, since the positional relationship of each GPS antenna 51 with respect to the hull and the positional relationship between the GPS antennas 51 are known, the phase value of the signal captured by each GPS antenna 51 is examined, or the reception result by each GPS antenna 51 is By comparing the positioning results derived individually, a GPS azimuth signal and a tilt signal can be generated. The azimuth signal inclination signal reproduction unit 52 obtains the inclination angle of the antenna radiating unit 11 from the inclination signal, further obtains the correction angle θ _GPS from them, and supplies it to the calculation unit 19. Here, since the inclination signal is a signal indicating the inclination angle of the hull, that is, an angle generally referred to as pitch or roll, if the angle of the radio wave radiation direction of the antenna radiation portion 11 with respect to the hull, that is, the antenna rotation angle is known, the inclination signal is obtained. The angle of inclination of the antenna radiation part 11, that is, θ _r and θ _P in FIG. In the case of the present embodiment, the detected value, target value or approximate value (non-tilt value) of the antenna rotation angle is obtained from the antenna rotation angle detection unit 17, the calculation unit 19 or the constant speed rotation signal generation unit 12, and is obtained from the inclination signal. θ _r and θ _P are derived. Further, the azimuth signal tilt signal reproduction unit 52 estimates the azimuth shift Δaz due to the hull tilt from θ _r and θ _{P according} to the above formula, and outputs the result as a correction angle θ _GPS . At this time, the correction angle θ _GPS can be given on the ground basis by subtracting the bow direction given by the GPS direction signal, that is, the deviation of the bow direction with respect to the reference direction.
[0023]
As a result, the antenna rotation signal is a signal phase-modulated by the correction angle θ _GPS . Therefore, the rotational speed of the antenna radiation unit 11 around the antenna main axis 15 is modulated so that the antenna radiation unit 11 rotates at an infinite speed according to the hull inclination. Therefore, according to the present embodiment, an antenna direction signal in which the direction shift Δaz shown in FIG. If the correction angle θ _GPS is given on the basis of the GPS azimuth signal, the aerial azimuth signal is a signal that gives the ground reference signal, that is, the radio wave radiation direction in the azimuth direction (based on true north etc.). In the radar display device 40A, true motion display (PPI display based on true north etc.) and correlation processing are performed using the GPS azimuth signal and tilt signal from the GPS receiver 50 and the antenna azimuth signal from the radar antenna 10A. I do. Since the azimuth deviation Δaz is compensated, these displays and processes can be performed more accurately than in the past. Various problems caused by the azimuth shift Δaz due to the inclination, that is, “jumping” of the target image on the screen at the time of shaking can be prevented. In an apparatus such as ARPA that performs target tracking and risk determination, the accuracy and reliability are significantly improved. If the aerial direction signal is given on the ground basis, coordinate conversion processing for true motion display or the like, in particular, rotation conversion processing for the heading direction becomes unnecessary, so the processing burden on the radar display device 40A is reduced. Since only the true azimuth display information needs to be retained, the memory usage in the radar display device 40A can be reduced, and correlation processing between video frames can be easily and accurately executed. This leads to an improvement in the S / N ratio of the video. Since the GPS receiver 50 is used as a gyro and tilt sensor, there is no problem that it cannot be used in the polar regions.
[0024]
In the present embodiment, the object is achieved by phase-modulating the antenna rotation angle target value, which is the basis for generating the antenna rotation signal, in accordance with the inclination and the heading. The modulation target may be a detection value instead of the target value, or an antenna rotation signal (control error value). Further, the antenna rotation control itself may be performed as usual, and the antenna direction signal may be corrected by the output of the direction signal inclination signal reproduction unit 52 and output from the radar antenna 10A. Alternatively, the radar antenna 10A itself may have the same configuration as the conventional radar antenna 10 and this correction may be performed in the radar display device 40A. Furthermore, the present invention can also be applied when synthesizing and displaying radar video radars using radar antennas and transceivers having different frequencies and beam widths. In this case, the effect of high-accuracy video synthesis occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a ship radar apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an antenna driving principle in the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an example configuration of a conventional ship radar device.
FIG. 4 is a diagram showing a typical beam shape in a marine radar apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing the reason for this beam shape, and in particular, (a) shows the reason for setting the vertical beam width, and (b) shows the reason for setting the horizontal beam width.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the principle of generation of a target direction detection error due to the hull inclination and the countermeasure principle thereof. In particular, FIG. 6A shows a beam cross section, FIG. 6B shows a target capture state when the vehicle is not tilted, and FIG. (D) is the target capture state when the radiating unit rolls, (e) is the target capture state when the radiating unit is pitched, and (f) is the azimuth shift. FIG.
[Explanation of symbols]
10A radar antenna, 11 antenna radiation unit, 12 constant speed rotation signal generation unit, 13 motor drive circuit, 14 antenna drive motor, 15 antenna main spindle, 16 rotary encoder, 17 antenna rotation angle detection unit, 18 antenna rotation signal generation unit, 19 Arithmetic unit, 30 transceiver, 40A radar display device (indicator), 50 GPS receiver, 51 GPS antenna, 52 azimuth signal tilt signal reproduction unit.

Claims

Rotating the antenna radiation direction around the antenna main axis, wirelessly transmitting detection signals, receiving reflected waves from surrounding targets, detecting the radiation direction around the antenna main axis, and detecting the ground-based hull orientation And a target direction detection method for detecting a target direction which is a direction in which a target exists by converting a radio wave radiation direction detection value obtained on a hull basis based on a hull direction detection value,
As an aerial, the attitude of the antenna main axis that is the axis of rotation of the aerial is fixed to the hull so that it faces the vertical direction when the hull is not tilted, and the plane that includes the antenna main axis and has a wide beam width perpendicular to the aerial main axis In the target azimuth detection method using an aerial having a fan beam directivity with a narrow beam width inside,
A hull inclination angle is detected, and on the basis of the detected hull inclination angle , a pitch angle indicating the inclination of the radio wave radiation direction with respect to a horizontal plane and a roll indicating the inclination of the antenna main axis with respect to a vertical plane parallel to the radio wave radiation direction are detected. Calculate the angle and
A target heading detection method, comprising: compensating or preventing an error caused by a hull inclination in a target heading detection value based on the pitch angle and the roll angle .

The target orientation detection method according to claim 1,
Based on the pitch angle and the roll angle, the target direction detection is characterized by modulating the radio wave radiation direction rotation speed around the antenna main axis so as to suppress an error caused by a hull inclination in the target direction detection value. Method.

The target orientation detection method according to claim 1,
Based on the pitch angle and the roll angle, the target direction detection is performed by correcting the radio wave radiation direction detection value or the target direction detection value so that an error caused by a hull inclination in the target direction detection value is suppressed. Method.

The target orientation detection method according to any one of claims 1 to 3,
A target orientation detection method for detecting ground orientation-based ship orientations by receiving signals from positioning satellites at a plurality of positions fixedly set on the hull and comparing or combining the results.

In the target direction detection method according to claim 4,
Target orientation characterized by detecting ground-based hull orientation and hull tilt angle by receiving signals from positioning satellites at three or more fixed points on the hull and comparing or combining the results. Detection method.