JP5635723B2 - 目標検出装置およびシステム - Google Patents
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Description
1.検出装置21 T1 :円弧24 T2 :円弧25
2.検出装置22 T1 :円弧26 T2 :円弧27
3.検出装置23 T1 :円弧28 T2 :円弧29
ところが、現状のモノパルスレーダ装置1台当たりの測角範囲は高々π/6(30度)程度であるから、この構成で複数の目標を一意的に定位するためには、各検出装置を3台のレーダ装置で構成する必要があり、全体では少なくとも9台以上のレーダ装置が必要となる。
(1)レーザ等の光学系の検出装置は、外部環境の影響を受けやすく、屋外に設置した場合には、その性能を保証するのが困難である。また、複数の目標を検出するためには、多数の検出装置を配置しなければならない。
(2)モノパルスレーダ装置は、1台で1つの目標を検知するのが原則であり、多数の目標を検知し、角度情報と距離情報とで各目標を定位するためには、目標数と同じ数のレーダ装置を設置しなければならない。また、3台のモノパルスレーダ装置を1組として、監視領域の周りの3点に1組ずつ配置し、距離情報のみを用いて三角測量で目標の位置を算出する方法も考えられるが、レーダ装置を構成する部品が高価であるため、可能な限り少ない台数で広範囲な測角を実現することが望ましい。
1.検出装置31 T1 :円弧41 T2 :円弧42
2.検出装置32 T1 :円弧43 T2 :円弧44
検出装置31からT1 /T2 までの距離をそれぞれr11/r12とし、検出装置32からT1/T2 までの距離をそれぞれr21/r22とすると、T1 (r11,r21)およびT2(r12,r22)のように測定距離の正しいペアリングを行えば、各目標の座標が簡単な円の連立方程式から決定される。しかし、誤ったペアリングを行うと、虚像51および52の座標が算出されてしまう。
(3)多数の目標が監視領域内に侵入してきた場合、これらを正確に判別するには、各目標の位置を、直交座標若しくは極座標上の点としてローカライズするのが望ましい。しかしながら、従来の検出装置では、光学系にしろレーダ系にしろ、このような多数目標の判別処理を自律測位計のみを用いて所望の時間内に行うのは、非常に困難である。
本発明の第2の課題は、監視領域内に侵入した複数の目標を高精度かつ高速に検出することである。
第1の目標検出システムにおいて、第1の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第1の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第1の距離情報を抽出する。第2の目標検出装置は、それぞれ異なる角度範囲に向けて第2の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から目標の第2の距離情報を抽出する。
また、監視領域の周りの異なる2点のみに目標検出装置を配置した場合でも、虚像による目標の誤検出を簡単な処理により排除し、複数の目標を高精度かつ高速に検出することができる。
本実施形態においては、監視領域の周りの適当な箇所に2台以上の目標検出装置を設置し、これらを協調的に動作させて三角測量により目標の定位を行う。精度を向上させるためには、3台以上の目標検出装置を用いるのが望ましいが、以下では2台を用いた場合について、システムの各実装レベル毎に詳細を述べる。
|(r11+r21)−r112 |<ε & |(r12+r22)−r122 |<ε (9)
これらの不等式が満たされれば、目標T1 の座標をr11とr21の組み合わせから計算し、目標T2 の座標をr12とr22の組み合わせから計算する(ステップ1106)。いずれかの不等式が満たされなければ、目標T1 の座標をr11とr22の組み合わせから計算し、目標T2 の座標をr12とr21の組み合わせから計算する(ステップ1105)。
レーダ送受信部1207は、光検出器1241、分岐部(HYB)1242、高出力増幅器1243、ミキサ1244、および低雑音増幅器1245を含み、レーダ送受信部1210は、光検出器1251、分岐部1252、高出力増幅器1253、ミキサ1254、および低雑音増幅器1255を含む。各レーダ送受信部は、レーザ光源1201から転送された光信号を、光検出器により送信信号に変換して、図2の送受信部200と同様の動作を行う。
図13は、図12のレーザ光源1201の別の構成例を示している。このレーザ光源は、分布帰還型レーザ1301、マッハツェンダ変調器(MZM)1302、ファブリペロ(FP)レーザ1303、無線周波数発振器1304、およびベースバンド発振器1305を含む。マッハツェンダ変調器1302は、分布帰還型レーザ1301の出力光を、ベースバンド発振器1305および無線周波数発振器1304により生成された送信信号により間接的に変調する。マッハツェンダ変調器1302からの光は、ファブリペロレーザ1303を介して外部に出力される。
ステップ1602において、目標数Nが処理可能な個数を超えていれば、視線距離r11〜r1Nおよびr21〜r2Nをそれぞれ大きさの昇順にソートし、小さいものから順に改めて符号r11〜r1Nおよびr21〜r2Nを付与する(ステップ1603)。これにより、S1 からの視線距離の最小値r1minはr11となり、最大値r1maxはr1Nとなる。同様に、S2 からの視線距離の最小値r2minはr21となり、最大値r2maxはr2Nとなる。
このような測位方法によれば、監視領域内に多数の目標が侵入し、処理部401の性能上、所定時間内にすべての目標の定位が行えない場合でも、それらの目標の存在範囲を特定し、危険エリアとして認識することができる。
nがNより小さければ、n=n+1とおき(ステップ1907)、微小な閾値εを用いて、以下の不等式が満たされるか否かをチェックする(ステップ1908)。
|(r1m+r2n)−r1m2 |<ε (10)
この不等式が満たされれば、半径の組み合わせが(r1m,r2n)となる円の連立方程式から目標Tm の座標を計算し(ステップ1911)、その座標が有効な値か否かをチェックする(ステップ1912)。目標Tm の座標が有効な値でなければ、その座標を無効座標としてメモリに格納して(ステップ1913)、ステップ1906以降の処理を繰り返す。一方、目標Tm の座標が有効な値であれば、その座標を有効座標としてメモリに格納して(ステップ1914)、ステップ1902以降の処理を繰り返す。また、ステップ1908において、不等式が満たされなければ、ステップ1906以降の処理を繰り返す。
それぞれ異なる角度範囲に向けて前記送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号を前記送受信手段に転送する複数のセンサ手段と、
前記送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替えるスイッチ手段と
を備えることを特徴とする目標検出装置。
(付記2) 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記複数のセンサ手段が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記1記載の目標検出装置。
(付記3) それぞれ異なる角度範囲に向けて第1の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第1の距離情報を抽出する第1の目標検出装置と、
それぞれ異なる角度範囲に向けて第2の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信する複数のセンサ手段を有し、受信信号から該目標の第2の距離情報を抽出する第2の目標検出装置と、
前記目標の位置が、前記第1の目標検出装置により前記第1の距離情報が抽出されたときの第1の角度範囲と、前記第2の目標検出装置により前記第2の距離情報が抽出されたときの第2の角度範囲の両方に共通する領域内に含まれるという条件を用いて、該第1の距離情報および第2の距離情報から該目標の位置を計算する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
(付記4) 前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該第1の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第1の目標検出装置は、前記共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第1の距離情報を抽出し、該第2の目標検出装置が有する複数のセンサ手段は、時分割で割り当てられたタイムスロット毎にそれぞれの角度範囲を走査し、該第2の目標検出装置は、該共通する領域が走査されたタイムスロットにおける受信信号から前記第2の距離情報を抽出することを特徴とする付記3記載の目標検出システム。
(付記5) 前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置は、監視領域の周りの異なる場所に配置され、該監視領域は、該第1の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲と、該第2の目標検出装置が有する複数のセンサ手段の角度範囲とにより、複数の排他領域に分割され、前記処理手段は、前記第1の角度範囲に含まれる各排他領域の符号と、前記第2の角度範囲に含まれる各排他領域の符号とを比較し、両方の角度範囲に共通する符号から前記共通する領域を特定することを特徴とする付記3記載の目標検出システム。
(付記6) 前記第1の目標検出装置は、前記第1の送信信号を生成し、受信信号から前記第1の距離情報を抽出する第1の送受信手段と、該第1の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第1のスイッチ手段をさらに有し、前記第2の目標検出装置は、前記第2の送信信号を生成し、受信信号から前記第2の距離情報を抽出する第2の送受信手段と、該第2の送受信手段と前記複数のセンサ手段の間の接続を、時分割で切り替える第2のスイッチ手段をさらに有することを特徴とする付記3記載の目標検出システム。
(付記7) 第1の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第1の距離情報を抽出する第1の目標検出装置と、
第2の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第2の距離情報を抽出する第2の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置をモノスタティックモードで動作させて、該第1の目標検出装置から各目標までの第1の距離情報と、該第2の目標検出装置から各目標までの第2の距離情報を取得し、該第1の目標検出装置を送信機とし該第2の目標検出装置を受信機とするバイスタティックモードで該第1の目標検出装置と第2の目標検出装置を動作させて、該送信機から各目標を経由して該受信機に至る総合伝搬距離情報を各目標について取得し、該第1の距離情報と第2の距離情報の和を各目標の総合伝搬距離情報と比較することで、該複数の目標の位置を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
(付記8) 光学系センサ手段をさらに備え、通常は前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置が広角監視を行い、前記目標が緊急性の高い領域へ侵入することが予測される場合に、該光学系センサ手段が該目標を検出することを特徴とする付記3または7記載の目標検出システム。
(付記9) レーザ光を変調して光信号を生成し、該光信号を前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置に分配するレーザ光源手段をさらに備え、該第1の目標検出装置と第2の目標検出装置は、光検出器により該光信号を前記第1の送信信号および第2の送信信号にそれぞれ変換することを特徴とする付記3、7、または8記載の目標検出システム。
(付記10) 第1の送信信号を送信し、目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第1の距離情報を抽出する第1の目標検出装置と、
第2の送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号から該目標の第2の距離情報を抽出する第2の目標検出装置と、
複数の目標に対して前記第1の目標検出装置と第2の目標検出装置を動作させて、該第1の目標検出装置から各目標までの第1の距離情報と、該第2の目標検出装置から各目標までの第2の距離情報を取得し、該複数の目標に対する第1の距離情報の最小値および最大値と、該複数の目標に対する第2の距離情報の最小値および最大値をそれぞれ半径とする4つの円の方程式から交点の座標を求め、該交点の座標を用いて該複数の目標の存在範囲を特定する処理手段と
を備えることを特徴とする目標検出システム。
(付記11) 前記処理手段は、前記4つの円の方程式の一部が解を持たないとき、該一部の方程式を定める半径の組み合わせを変更して交点の座標を再計算し、得られた交点の座標を用いて前記複数の目標の存在範囲を特定することを特徴とする付記10記載の目標検出システム。
21、22、23、31、32 検出装置
24、25、26、27、28、29、41、42、43、44 円弧
61、62、63、64 ピーク
101 送受信手段
102−1、102−2、102−m センサ手段
103 スイッチ手段
200 送受信部
201、202 二極双投スイッチ
203、204、208、1242、1252、1408、1507 分岐部
205、1245、1255、1404、1503 低雑音増幅器
206、1244、1254、1405、1504 ミキサ
207、1243、1253、1407、1506 高出力増幅器
209、1222、1304、1409、1508 無線周波数発振器
210、1221、1305、1410、1509 ベースバンド発振器
401 処理部
402 共通領域
601、602、603、604、605、A1、A2、A3、A4 アンテナ
606 双方向性スイッチ
1201 レーザ光源
1202 光アイソレータ
1203 光バンドパスフィルタ
1204 スプリッタ
1205 遅延器
1206 レーザ検出部
1207、1210 レーダ送受信部
1208、1211、1406、1505 送信アンテナ
1209、1212、1401、1402、1501−1、1501−2、1501−N 受信アンテナ
1223、1301 分布帰還型レーザ
1231 基準ミラー
1232 ハーフミラー
1233 レンズ
1234、1241、1251 光検出器
1302 マッハツェンダ変調器
1303 ファブリペロレーザ
1403 単極双投スイッチ
1502 単極N投スイッチ
1701、1702、1703、1711、1712、1713、1801、1802、1803、1811、1812、1813 円
1721、1722、1723、1724、1821、1822、1823 交点
S1 、S2 目標検出装置
SR11、SR12、SR13、SR21、SR22、SR23 角度範囲
T、T1 、T2 、T3 目標
Claims (1)
- 目標を検出するための送信信号を生成し、受信信号から該目標の距離情報を抽出する送受信手段と、
測角範囲を複数の角度範囲に分割するように配置され、それぞれ異なる角度範囲に向けて前記送信信号を送信し、前記目標により反射された信号を受信して、受信信号を前記送受信手段に転送する複数のセンサ手段と、
前記送受信手段と前記複数のセンサ手段の間で時分割により信号を送受信する1つのタイムスロットにおいて、前記送受信手段から前記複数のセンサ手段のうち第1のセンサ手段へ向かう送信信号と、前記複数のセンサ手段のうち第2のセンサ手段から前記送受信手段へ向かう受信信号とを、該1つのタイムスロットを細分した周期で切り替える双方向性スイッチ手段と
を備えることを特徴とする目標検出装置。
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