JP5398195B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
この特許文献1は、受信した信号から感度調整を行うために必要な信号を抽出し、抽出した信号を計数する。そして、計数値と予め設定した基準値とを比較し、その結果に応じて利得制御信号のレベルを調整している。
度数分布に基づくノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定は、例えば、度数分布の対称性を評価することにより行うことができる。
また、別の手法として、領域判定部は、最大度数のN%(N>0)の度数に対応する信号振幅値と、最大度数のM%(M>0)の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことも可能である。
船舶用のレーダ装置は、レーダアンテナから電波を送信し、物標で反射して得られた極座標系の受信データを直交座標系に変換して画像メモリに記憶した後、ラスター走査方式で表示器に表示する。ここで、受信データは、必ずしも目的とする物標で反射したものだけでなく、ホワイトノイズやクラッタなどのノイズをも含んでいる。このため、レーダ装置では、レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値とを比較し、前記所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力するように、受信信号の利得制御を行っている。
図1は本発明のレーダ装置による自動利得制御処理を説明するためのブロック図である。
図1において、本発明の実施の形態1によるレーダ装置は、領域分割部11及び判定処理部12を備える領域判定部13と、ノイズレベル算出部14と、補間処理部15と、利得制御部16を備える。
図2の最も外側の円がレーダ装置で探索したレーダ探索領域を示し、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う単位となる分割領域は、レーダ探索領域を距離方向及び方位方向に分割した領域である。ここでは、距離方向に5分割、方位方向に12分割した例を示している。なお、ここで示した分割例はあくまで一例である。分割数や、各分割領域における距離方向、方位方向の幅や中心点の座標は任意に決定することが可能であるとともに、探索領域の大きさに応じて変化するようにしてもよい。また、必ずしもレーダ探索領域全域にわたって領域を分割する必要もなく、例えば、自船近傍の領域のみを分割するようにしてもよい。
図6(A),(B)に示すように、クラッタが優勢な領域或いはホワイトノイズが優勢な領域では度数折線は略左右対称となる。一方で、図6(C)に示すように、物標からのエコーが優勢な領域では度数折線は左右非対称となる。
そこで、本発明の領域判定部13では、受信信号の振幅を変量とした度数分布の対称性を評価してノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う。
図7、図8は、本発明の利得制御装置の領域判定部による判定処理を説明するための説明図であり、図7は第1の判定手法を説明する説明図、図8は、第2の判定手法を説明する説明図である。
度数折線上の点のx座標とy座標を、それぞれ、この点の振幅、度数と称する。
度数折線上の点のうち、最大度数を有する点を最大度数点と称する。
度数折線上の点のうち、最大度数のk%(0<k<100)の度数を有する点をk%度数点と称する。
k%度数点のうち、その振幅が最大度数点の振幅よりも小さいものを下方k%度数点と称する。
k%度数点のうち、その振幅が最大度数点の振幅よりも大きいものを上方k%度数点と称する。
図7は、本発明のレーダ装置の領域判定部による第1の判定手法を説明するための説明図であり、受信信号の振幅を変量とする度数折線の模式図である。図7(A)はクラッタが優勢な領域の度数折線、図7(B)、(D)はクラッタと物標エコーが混在する領域の度数折線、図7(C)は分割領域内の極一部から物標エコーが得られているが領域全体としてはクラッタが支配的な領域の度数折線を示し、各度数折線は、最大度数で正規化されている。
次に、領域判定部13は、最大度数点とN%度数点との関係から度数分布の対称性を評価する。
図8は、本発明のレーダ装置の領域判定部による第2の判定手法を説明するための説明図であり、受信信号の振幅を変量とする度数折線の模式図である。図8(A)はクラッタが優勢な領域の度数折線、図8(B)、(D)はクラッタと物標エコーが混在する領域の度数折線、図8(C)は分割領域内の極一部から物標エコーが得られているが領域全体としてはクラッタが支配的な領域の度数折線を示し、各度数折線は、最大度数で正規化されている。
次に、領域判定部13は、N%度数点とM%度数点との関係から度数分布の対称性を評価する。
また、下方N%点のうち振幅が最小である点と点C1との距離をWLとし、上方N%点のうち振幅が最大である点と点C1との距離をWHとする。図8(A)、(B)、(C)の例では、線分C1−LN1の長さがWLとなり、線分C1−HN1の長さがWHとなる。図8(D)の例では、線分C1−LN1の長さがWLとなり、線分C1−HN5の長さがWHとなる。
[1]所定の値AH以上の振幅値に対応する度数の総和が所定の値SH以上であるときには、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。
[2]所定の値AL以下の振幅値に対応する度数の総和が所定の値SL以上であるときには、該当分割領域をノイズ優勢領域であると判定する。
[3]ノイズレベル算出部14が算出したノイズレベルが所定の値ATH以上であるときには、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。
ここで、所定の値AH、AL、ATHは、自船から各分割領域までの距離に応じて異なるようにしてもよい。
図9(A)は特定海域におけるレーダ受信信号を9bitのデジタルデータに変換して得た画像を示す図である。図9(A)において、丸で囲まれている部分T1にはブイからのエコーが表示されており、四角で囲まれている部分T2には陸地からのエコーが表示されている。図9(B)及び図9(C)は図9(A)と同じ受信信号に対して、表示対象とする振幅値の範囲を狭くして得た画像を示す図であり、図9(B)は受信信号レベルと比較する閾値を固定した場合に得られる画像、図9(C)は受信信号レベルと比較する閾値を本発明の手法を用いて可変にした場合に得られる画像である。なお、図9において、横軸は方位(単位:deg)、縦軸は自船からの距離(単位:NM)を示す。
そして、このように算出した適正なノイズ分布を用いて、受信信号の受信信号レベルと比較する所定の閾値を決定することにより、利得制御部16によって物標エコーとノイズとを適切に分離できることが可能になる。
船舶用のレーダ装置には、受信データに含まれるホワイトノイズやクラッタなどのノイズを除去するための手段として、前述した利得制御処理以外にも、レーダアンテナが1回転する間に得られる今回の受信データと以前のスキャン相関処理データとの相関を繰り返し行うスキャン相関処理がある。
図10において、本発明の実施の形態2によるレーダ装置は、領域分割部11及び判定処理部12を備える領域判定部13と、ノイズレベル算出部14と、補間処理部15と、利得制御部21と、スイープメモリ22と、相関処理部23と、相関処理用画像メモリ24とを備える。なお、前述の実施の形態1によるレーダ装置と同様の構成要素については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
α,βは任意の数であり、このα,βの値を変えることにより、相関処理結果を変更することができる。
つまり、補間処理部15により生成されたノイズ分布は、レーダ探索領域内における各画素のノイズレベルを反映した値として利用することができる。そのため、相関処理部23は、補間処理部15で算出したノイズ分布に基づいて、クラッタなどのノイズのレベルが高い画素領域では、1回転前の画像データとの相関を強め(相対的にαを小さくβを大きくする)、クラッタなどのノイズのレベルが低い画素領域では、1回転前の画像データとの相関を弱める(相対的にαを大きくβを小さくする)ようにする。これにより、探索領域のノイズ分布に応じた相関処理を行うことが可能になる。
物標からのエコーは現画像と前画像とで連続して得られる可能性が高い一方で、クラッタなどの不要信号は、現画像と前画像とで連続的に発生する可能性が低い。そのため、相関処理部23により行われる相関処理は、現画像と前画像との相関をとることにより、ランダムに発生するクラッタのような不要信号を除去して、物標からのエコーをより鮮明に表示するための技術である。
これにより、補間処理部15で算出されたノイズ分布を用いて物標エコーとノイズとを適切に分離できることが可能になる。
12 判定処理部
13 領域判定部
14 ノイズレベル算出部
15 補間処理部
16、21、31 利得制御部
22 スイープメモリ
23 相関処理部
24 相関処理用画像メモリ
Claims (10)
- レーダ探索領域内で、予め定めた分割領域毎にノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う領域判定部と、
前記ノイズ優勢領域と判定された分割領域の受信信号から、当該分割領域のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部と、
前記ノイズレベル算出部で算出した分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿し、レーダ探索領域のノイズ分布を得る補間処理部とを備えることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置において、
前記領域判定部は、前記分割領域毎の、受信信号の振幅を変量とする度数分布に基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を前記分割領域毎に行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項2に記載のレーダ装置において、
前記領域判定部は、前記度数分布の対称性を評価することにより、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項2又は3に記載のレーダ装置において、
前記領域判定部は、所定の値以上の度数に基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項2に記載のレーダ装置において、
前記領域判定部は、最大度数に対応する信号振幅値と該最大度数のN%(0<N<100)の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項2に記載のレーダ装置において、
前記領域判定部は、最大度数のN%(0<N<100)の度数に対応する信号振幅値と、最大度数のM%(0<M<100、M≠N)の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1から6の何れかに記載のレーダ装置において、
前記補間処理部は、前記ノイズレベル算出部で算出した分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿することにより、レーダ探索領域全域のノイズ分布を得ることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置において、
レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値とを比較し、所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力する利得制御部をさらに備え、
前記利得制御部は、前記補間処理部で算出したレーダ探索領域のノイズ分布に基づいて前記所定の閾値を決定し、受信信号の利得制御を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項8に記載のレーダ装置において、
現画像と過去画像の相関処理を行う相関処理部を備え、
前記利得制御部は、前記相関処理部において相関処理を実行する場合と実行しない場合とで、決定される前記所定の閾値が異なる値になるようにし、該決定された所定の閾値を用いて利得制御を行うことを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置において、
現画像と過去画像の相関処理を行う相関処理部を備え、
前記相関処理部は、前記補間処理部で算出したノイズ分布に基づいて、現画像と過去画像の重み付け量を決定し、決定した重み付け量に基づいて現画像と過去画像の相関処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
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