JP6014328B2 - レーダシステム、トランスポンダ装置、レーダ処理方法及びレーダ処理プログラム - Google Patents

Description

この発明は、レーダ送受信機が固体化レーダを採用する場合に、他の移動体及びトランスポンダ装置を適正かつ効率的に表示器上に表示制御することができる船舶用レーダシステム等のレーダシステム、トランスポンダ装置、レーダ処理方法及びレーダ処理プログラムに関する。

従来、海上を航行する船舶は、峡水道や陸岸に接近した主要航路における自船舶並びに他船舶の所在位置を正確に把握する必要がある。このため、峡水道や陸岸に接近した主要航路には、レーダビーコン（以下、「レーコン」と言う）を搭載した航路ブイが設置されるとともに、船舶には、レーダ送受信機が配設されている。

図１１は、従来のレーダシステムの概要を説明するための説明図である。同図に示すように、自船舶のレーダ送受信機は、周囲に対してレーダ波を送信し、このレーダ波が陸地及び他船舶にて反射するレーダ反射波（以下、「レーダエコー」と言う）を受信処理する。また、かかるレーダ送受信機は、レーダ波を受信したレーコンが該レーダ波と同一周波数で送信するレーコン応答波を受信処理する。その後、レーダ送受信機は、受信したレーコン応答波及びレーダエコーを用いて、図１２（ａ）に示すように、ＰＰＩ（Plan Position Indicator）画面上に、自船舶を中心位置とした場合の陸地、他船舶及びレーコンを表示制御する。なお、関連する特許文献としては、例えば特許文献１がある。

これにより、レーダ操作者は、かかるＰＰＩ画面を目視し、ＰＰＩ画面上に映る他船舶の中から航路ブイの位置を認識することにより、船舶が輻輳する海域における自船舶の所在位置を把握することができる。

ここで、従来は、マグネトロンレーダを採用したレーダ送受信機が用いられるのが一般的であるため、かかるレーダ送受信機では、マグネトロン発振器により決定される送信周波数でレーダ送受信機からレーダ波が送信される。また、かかるレーダ波を受信したレーコンは、同一の海域に所在するレーコンを識別するパルス（以下、「識別パルス」と言う）を変調したレーコン応答波を該レーダ波と同一周波数で送信するため、レーダ送受信機は、レーダエコーとレーコン応答波を区別することなく受信処理することができ、ＰＰＩ画面上にレーコンを示すモールス状の符号（以下、「モールス符号」と言う）並びに陸地及び他船舶を表示することができる。

特開平４−３６１１８８号公報

しかしながら、上記レーダ送受信機が、マグネトロンレーダではなく、パルス圧縮レーダを採用した場合には、レーダ送受信機がレーコン応答波に含まれる識別パルスに対してもパルス圧縮処理を行うため、上記ＰＰＩ画面上に表示されるレーコンを示すモールス符号が近距離方向及び遠距離方向に伸張されるとともに、該モールス符号が潰れてしまうという問題が生じる。

この点を具体的に説明すると、上記パルス圧縮レーダは、マグネトロンレーダと比べて長い（数マイクロ〜数十マイクロ秒）時間幅の送信パルスを含むレーダ波を送信し、この送信パルスに対応するマッチドフィルタ処理（以下、「ＭＦ処理」と言う）を受信信号に行うことによって、パルス幅を圧縮するとともに信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を向上する技術である。このため、かかるパルス圧縮レーダを採用したレーダ送受信機では、レーコン応答波に含まれる識別パルスに対してＭＦ処理を行うことになるが、このレーコン応答波は、周波数変調されていない単一の周波数を持つ正弦波であるため、該識別パルスにＭＦ処理を行うと、該識別パルスがパルス圧縮されることはなく、ＰＰＩ画面上に表示されるモールス符号がかえって距離方向（近距離・遠距離の両方）に延びるとともに、モールス符号が潰れてしまう結果となる（図１２（ｂ）参照）。

このように、モールス符号が近距離側に伸張されてしまうと、レーダ操作者は、ＰＰＩ画面上に表示されるモールス符号の近距離側の端部にレーコンが存在すると認識するため、レーコンの位置を誤認してしまうことになる。加えて、かかるモールス符号の伸張及びモールス符号の潰れによって、本来レーダ操作者が認識可能なはずの他船舶が該モールス符号に隠れて視認できなくなるという問題も生じる。

このため、レーダ送受信機がパルス圧縮レーダを採用する場合に、他船舶及びレーコンをいかに適正にＰＰＩ画面上に表示制御するかが重要な課題となっている。かかる課題は、パルス圧縮レーダ以外の固体化レーダを採用する場合や、レーコン以外のトランスポンダ装置に適用した場合にも同様に生ずる課題である。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであって、レーダ送受信機が固体化レーダを採用する場合に、他の移動体及びトランスポンダ装置を適正かつ効率的に表示器上に表示制御することができるレーダシステム、トランスポンダ装置、レーダ処理方法及びレーダ処理プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、移動体に搭載され第１の周波数の電磁波を送信するレーダ送受信装置と、航路標識に配設され前記第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置とを有するレーダシステムであって、前記トランスポンダ装置は、前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波を送信したレーダ種別が固体化レーダであるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合には、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記レーダ種別が固体化レーダでないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手段とを備え、前記レーダ送受信装置は、固体化レーダであって、前記第１の周波数の電磁波を送信処理する送信処理手段と、前記第１の周波数のレーダエコーを受信処理するとともに、前記第２の周波数の応答波を受信処理する受信処理手段と、前記受信処理手段により受信処理された前記レーダエコー及び前記応答波に基づいて、少なくとも前記移動体の周囲に所在する他の移動体及び前記航路標識の所在位置を所定のレーダ表示器にそれぞれ表示制御する表示制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記応答波送信処理手段は、前記判定手段により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合に、前記第１の周波数から所定周波数ずれた第２の周波数を所定の送信機に対して設定する送信周波数設定手段と、所定の信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成して前記送信機に出力する応答波形生成処理手段と、前記電磁波に含まれるレーダパルスの立下りエッジ又は立上りエッジから所定の時間経過後に前記応答波形の送信トリガを生成して前記送信機に出力する送信トリガ生成手段とをさらに備え、前記送信機は、前記応答波形生成処理手段により生成された応答波形を前記送信周波数設定手段により設定された第２の周波数に周波数変換し、前記送信トリガ生成手段により生成された送信トリガのタイミングで所定のアンテナ部に出力することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記応答波形生成処理手段は、前記トランスポンダ装置からの応答波であることを示す所定の信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記応答波形生成処理手段は、前記トランスポンダ装置からの応答波であることを示す所定の信号系列に対して任意の情報を付加した信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記表示制御手段は、前記受信処理手段により受信処理された前記応答波に含まれる信号系列を中抜きの枠線で前記レーダ表示器に表示制御することを特徴とする。

また、本発明は、航路標識に配設され、第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置であって、前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であると判定された場合に、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波でないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、移動体に搭載され第１の周波数の電磁波を送信するレーダ送受信装置と、航路標識に配設され前記第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置とを有するレーダシステムにおけるレーダ処理方法であって、前記レーダ送受信装置が、固体化レーダであって、前記第１の周波数の電磁波を送信処理する送信処理工程と、前記トランスポンダ装置が、前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波を送信したレーダ種別が固体化レーダであるか否かを判定する判定工程と、前記トランスポンダ装置が、前記判定工程により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合には、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記レーダ種別が固体化レーダでないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理工程と、前記レーダ送受信装置が、前記第１の周波数のレーダエコーを受信処理するとともに、前記第２の周波数の応答波を受信処理する受信処理工程と、前記レーダ送受信装置が、前記受信処理工程により受信処理された前記レーダエコー及び前記応答波に基づいて、少なくとも前記移動体の周囲に所在する他の移動体及び前記航路標識の所在位置を所定のレーダ表示器にそれぞれ表示制御する表示制御工程とを含んだことを特徴とする。

また、本発明は、航路標識に配設され第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置上で実行されるレーダ処理プログラムであって、前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であるか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であると判定された場合に、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波でないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手順とを実行することを特徴とする。

本発明によれば、レーダ送受信装置が、固体化レーダにより生成されパルス幅が圧縮された第１の周波数の電磁波を送信処理し、トランスポンダ装置が、第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて第１の周波数の電磁波を送信したレーダ種別が固体化レーダであるか否かを判定し、レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合には、第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、レーダ種別が固体化レーダでないと判定された場合には、第１の周波数の応答波を送信処理し、レーダ送受信装置が、第１の周波数のレーダエコーを受信するとともに、レーダ送受信装置が、第２の周波数の応答波を受信処理し、受信処理されたレーダエコー及び応答波に基づいて、少なくとも移動体の周囲に所在する他の移動体及び航路標識の所在位置を所定のレーダ表示器にそれぞれ表示制御するよう構成したので、レーダ送受信機が固体化レーダを採用する場合に、他の移動体及びトランスポンダ装置を適正かつ効率的に表示器上に表示制御することができる。

図１は、本実施例に係る船舶用レーダシステムの概念を説明するための説明図である。 図２は、図１に示したレーダ送受信機の構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示したＢＰＦの処理概念を説明するための説明図である。 図４は、図１に示したレーコンの構成を示すブロック図である。 図５は、図４に示した送信機から送信される送信波形の一例を示す図である。 図６は、レーダエコー受信処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、レーコン応答波受信処理の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、図１に示したレーコンの処理手順を示すフローチャートである。 図９は、図４に示した送信機から送信される送信波形の他の例を示す図である。 図１０は、図２に示した表示器の表示の一例を示す図である。 図１１は、従来のレーダシステムの概要を説明するための説明図である。 図１２は、従来技術の問題点を説明するための説明図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係るレーダシステム、トランスポンダ装置、レーダ処理方法及びレーダ処理プログラムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、固体化レーダの一例としてパルス圧縮レーダを用いるとともに、海上を航行する船舶の所在位置をＰＰＩ画面上に表示する船舶用レーダシステムに本発明を適用した場合を示すこととする。

まず、本実施例に係る船舶用レーダシステムの概念について説明する。図１は、本実施例に係る船舶用レーダシステムの概念を説明するための説明図である。ここでは、レーダ送受信機１０がパルス圧縮レーダであるものとする。

同図に示す船舶用レーダシステムでは、船舶に搭載したレーダ送受信機１０が、周波数ｆ１のレーダ波を自船舶の周囲３６０度に対して送信する。そして、レーダ送受信機１０は、このレーダ波が他船舶又は陸地等で反射した周波数ｆ１のレーダエコーを受信し、該レーダエコーに含まれるパルスに対してＭＦ処理を施し、他船舶又は陸地等を表示器１９のＰＰＩ画面上に表示する。

一方、レーコン２０は、周波数ｆ１のレーダ波を受信した場合に、該周波数ｆ１と異なる周波数（例えば、ｆ１−Δｆ）でレーコン応答波を送信する。そして、レーダ送受信機１０は、この周波数（ｆ１−Δｆ）で受信したレーコン応答波に含まれるレーコン識別符号に対してはＭＦ処理を行わず、レーコン２０が行った変調処理に対応する復調処理を行って位置情報を取得する。かかるレーコン応答波は、周波数変調されていない単一の周波数を持つ正弦波であるため、レーコン識別符号がＭＦ処理を受けると、該レーコン識別符号がパルス圧縮されることはなく、かえって距離方向（近距離・遠距離の両方に）に延びるとともに、レーコン識別符号が潰れてしまうからである。このようにして得られたレーコン２０のレーコン識別符号を表示器１９のＰＰＩ画面上に表示する。

このように、レーダ送受信機１０では、レーダ波が陸地及び他船舶で反射するレーダエコーに対する処理と、レーコン２０から送信されるレーコン応答波に対する処理を別処理とし、レーコン識別符号に対してＭＦ処理を行わないよう構成したため、陸地、他船舶及びレーコンを適正かつ効率的に表示器１９のＰＰＩ画面上に表示制御することができる。

なお、その詳細な説明については後述するが、レーコン２０は、受信したレーダ波に含まれるパルス（以下、「レーダパルス」と言う）のパルス幅及び周波数に基づいてレーダ送受信機１０のレーダ種別がパルス圧縮レーダであるかマグネトロンレーダであるかを判定し、マグネトロンレーダである場合には、周波数ｆ１のレーコン応答波を送信する。既存のマグネトロンレーダを採用したレーダ送受信機にも対応可能とするためである。

次に、レーダ送受信機１０及びレーコン２０の概略構成についてそれぞれ説明する。図１に示すように、レーダ送受信機１０は、レーダ波送信処理部１５と、レーダエコー受信処理部１６と、レーコン応答波受信処理部１７と、表示制御部１８と、表示器１９とを有する。

レーダ波送信処理部１５は、周波数変調等がなされた変調パルスからなるレーダパルスの送信波形を生成し、この送信波形をＲＦ（Radio Frequency）周波数帯へアップコンバートして増幅し、アンテナ部１１から送信処理する処理部である。

レーダエコー受信処理部１６は、アンテナ部１１より受信したレーダエコーを受信処理する処理部である。このレーダエコー受信処理部１６は、受信したレーダエコーに対してパルス圧縮処理を行って表示制御部１８に出力する。

レーコン応答波受信処理部１７は、アンテナ部１１より受信したレーコン応答波を受信処理する処理部である。このレーコン応答波受信処理部１７は、受信したレーコン応答波に対して所定の復調方式で復調して表示制御部１８に出力する。

表示制御部１８は、レーダエコー受信処理部１６及びレーコン応答波受信処理部１７の出力を用いて、表示器１９の表示制御を行う処理部である。この表示制御部１８は、レーダエコー受信処理部１６の出力をレーダ映像として表示器１９に描画するとともに、レーコン応答波受信処理部１７の出力に基づいてレーコンの位置を示すレーコンマークをレーダ映像上に重畳して描画する。

表示器１９は、レーダ映像及びレーコンマークを表示する装置である。表示器１９には、円形の表示領域上を回転する走査線によって、対象物の２次元上の所在位置を表示するＰＰＩスコープ等を用いることができる。

一方、レーコン２０は、レーコン応答波送信処理部２５を有する。このレーコン応答波送信処理部２５は、周波数ｆ１のレーダ波を受信した際に、該レーダ波の送信元がパルス圧縮レーダである場合には周波数（ｆ１−Δｆ）のレーコン応答波を送信処理し、マグネトロンレーダである場合には、周波数ｆ１のレーコン応答波を送信処理する処理部である。レーダ波の送信元がパルス圧縮レーダ又はマグネトロンレーダのいずれであるかの判定は、レーダパルスのパルス幅及び周波数に基づいて行うことができる。

次に、図１に示したレーダ送受信機１０の具体的な構成について説明する。図２は、図１に示したレーダ送受信機１０の具体的な構成を示すブロック図である。ここでは説明の便宜上、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等を用いてレーダ送受信機１０を実現する場合を示している。

同図に示すように、このレーダ送受信機１０は、アンテナ部１１と、サーキュレータ１２と、受信機１３と、送信機１４と、送信周波数設定部１５ａと、送信波形生成部１５ｂと、バンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」と言う）１６ａと、パルス圧縮処理部１６ｂと、ＢＰＦ１７ａと、復調処理部１７ｂと、レーコン位置算出部１７ｃと、レーダ映像描画部１８ａと、レーコンマーク描画部１８ｂと、表示器１９とを有する。なお、送信周波数設定部１５ａ及び送信波形生成部１５ｂは、図１に示したレーダ波送信処理部１５に対応し、ＢＰＦ１６ａ及びパルス圧縮処理部１６ｂは、図１に示したレーダエコー受信処理部１６に対応し、ＢＰＦ１７ａ、復調処理部１７ｂ及びレーコン位置算出部１７ｃは、図１に示したレーコン応答波受信処理部１７に対応し、レーダ映像描画部１８ａ及びレーコンマーク描画部１８ｂは、図１に示した表示制御部１８に対応する。

アンテナ部１１は、サーキュレータ１２から出力されたレーダ波を送信するとともに、受信したレーダエコー及びレーコン応答波をアンテナ受信信号としてサーキュレータ１２に出力する。このようにアンテナ部１１は、送信及び受信に兼用される。また、アンテナ部１１は、回転しつつ周囲３６０度に対してレーダ波を送信するとともに、回転しつつ周囲３６０度からレーダエコー及びレーコン応答波を受信する。

サーキュレータ１２は、送信機１４、アンテナ部１１及び受信機１３に接続された３ポートサーキュレータである。このサーキュレータ１２により、送信機１４から出力されたレーダ波がアンテナ部１１に送られ、アンテナ部１１から出力されたアンテナ受信信号が受信機１３に送られる。

受信機１３は、アンテナ部１１より出力されたアンテナ受信信号を増幅して、レーダエコー及びレーコン応答波をレーダエコー受信処理部１６及びレーコン応答波受信処理部１７に出力する装置である。

送信機１４は、送信波形生成部１５ｂが生成した送信波形を送信周波数設定部１５ａにより設定されたＲＦ周波数帯にアップコンバートして増幅し、サーキュレータ１２に出力する装置である。

送信周波数設定部１５ａは、レーダ送受信機１０が送信するレーダ波の周波数ｆ１を設定する処理部である。この周波数ｆ１は、予め設定された固定値とするのが通常であるが、レーダ操作者により変更可能としてもよい。送信周波数設定部１５ａは、設定した周波数ｆ１を送信機１４に出力する。

送信波形生成部１５ｂは、レーダ送受信機１０が送信するレーダ波の送信波形を生成する処理部である。送信波形生成部１５ｂは、レーダエコーに対してパルス圧縮を実施するための周波数変調等を施した送信波形を生成して送信機１４に出力する。

ＢＰＦ１６ａは、受信機１３から出力されたアンテナ受信信号のうち、レーダエコーの周波数成分ｆ１を選択的に通過させるフィルタである。レーコン応答波の周波数成分（ｆ１−Δｆ）は、このＢＰＦ１６ａにより除去され、レーダエコーの周波数成分ｆ１のみが取り出される。ＢＰＦ１６ａは、取り出したレーダエコーの周波数成分をパルス圧縮処理部１６ｂに出力する。

パルス圧縮処理部１６ｂは、ＢＰＦ１６ａにより出力されたレーダエコーの周波数成分をパルス圧縮処理する処理部である。具体的には、レーダ波に含まれるレーダパルスに対応するＭＦ処理をレーダエコーに含まれるパルスに適用することにより、パルス幅を圧縮するとともに信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を向上させる。パルス圧縮処理部１６ｂは、パルス圧縮処理を行ったレーダエコーを表示制御部１８に出力する。

ＢＰＦ１７ａは、受信機１３から出力されたアンテナ受信信号のうち、レーコン応答波の周波数成分（ｆ１−Δｆ）を選択的に通過させるフィルタである。レーダエコーの周波数成分ｆ１は、このＢＰＦ１７ａにより除去され、レーコン応答波の周波数成分（ｆ１−Δｆ）のみが取り出される。ＢＰＦ１７ａは、取り出したレーコン応答波の周波数成分を復調処理部１７ｂに出力する。

復調処理部１７ｂは、ＢＰＦ１７ａにより出力されたレーコン応答波の周波数成分に対して、レーコン応答波の変調方式に対応する復調方式を用いて復調処理する処理部である。この復調処理により、該レーコン応答波に含まれるレーコン識別符号が抽出される。復調処理部１７ｂは、復調結果をレーコン位置算出部１７ｃに出力する。

レーコン位置算出部１７ｃは、復調処理部１７ｂの復調結果に基づいてレーコン位置を算出する処理部である。具体的には、このレーコン位置算出部１７ｃは、まず復調処理部１７ｂの復調結果にレーコン識別符号が含まれているか否かを判定する。

そして、レーコン識別符号が含まれているならば、アンテナ部１１からレーダ波を送信した送信時点からアンテナ部１１でレーコン応答波を受信した時点までの経過時間を求め、この経過時間を用いてレーダ送受信機１０からレーコン２０までの距離を算出する。

また、レーコン位置算出部１７ｃは、アンテナ部１１でレーコン応答波を受信した時点のアンテナ部１１の回転角度から、レーコン２０のレーダ送受信機１０に対する相対方位を決定する。ここで、レーダ波を複数回送信すると、レーコン２０は、レーダ波を受信する度にレーコン応答波を送信するので、レーダ送受信機１０はレーダ応答波を複数回受信することとなる。この場合には、アンテナ部１１が１周する間に受信した複数のレーコン応答波のうち、受信電力が最大のレーコン応答波を受信した時点のアンテナ部１１の回転角度をレーコン２０のレーダ送受信機１０に対する相対方位とする。レーコン位置算出部１７ｃは、レーダ送受信機１０からレーコン２０までの距離とレーコン２０のレーダ送受信機１０に対する相対方位とをレーコン位置として表示制御部１８に出力する。

レーダ映像描画部１８ａは、パルス圧縮処理部１６ｂから出力されたレーダエコーに基づいて、表示器１９にレーダ映像を描画する処理部である。パルス圧縮処理部１６ｂから出力されたレーダエコーは、レーダ波を反射した陸地又は他船舶までのレーダ送受信機１０からの距離Ｒと、レーダ波を反射した陸地又は他船舶のレーダ送受信機１０に対する相対方位θとを示すＲθ座標系の信号である。レーダ映像描画部１８ａは、このＲθ座標系の信号をＸＹ座標系の信号に変換して表示器１９に転送することで、表示器１９にレーダ映像を描画する。

レーコンマーク描画部１８ｂは、レーコン位置算出部１７ｃにより出力されたレーコン位置に基づいて、レーダ映像上の所定位置にレーコンマークを重畳描画する処理を行う処理部である。

次に、図２に示したＢＰＦ１６ａ及び１７ａの処理概念について説明する。図３は、図２に示したＢＰＦ１６ａ及び１７ａの処理概念を説明するための説明図である。ここでは、レーダエコーの周波数成分とレーコン応答波の周波数成分は、峻別可能な十分な差（例えば５０ＭＨｚ）を有するものとする。

同図に示すように、アンテナ受信信号には、レーダエコーの周波数成分及びレーコン応答波の周波数成分の双方が含まれている。レーダエコーの周波数成分は、周波数ｆ１をピークとして所定の帯域幅を有し、レーコン応答波の周波数成分は、周波数（ｆ１−Δｆ）をピークとして所定の帯域幅を有している。

ＢＰＦ１６ａの通過帯域は、レーダエコーの周波数成分の帯域幅を全て含み、かつ、レーコン応答波の周波数成分の帯域幅を含まないように設定する。また、ＢＰＦ１７ａの通過帯域は、レーコン応答波の周波数成分の帯域幅を全て含み、かつ、レーダエコーの周波数成分の帯域幅を含まないように設定する。

このように、ＢＰＦ１６ａ及び１７ａの通過帯域を設定することにより、ＢＰＦ１６ａを通過したアンテナ受信信号にはレーダエコーの周波数成分のみが含まれ、ＢＰＦ１７ａを通過したアンテナ受信信号にはレーコン応答波の周波数成分のみが含まれることとなる。

次に、図１に示したレーコン２０の構成について説明する。図４は、図１に示したレーコン２０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、このレーコン２０は、アンテナ部２１と、サーキュレータ２２と、受信機２３と、送信機２４と、レーダ判定部２５ａと、送信周波数設定部２５ｂと、送信タイミング設定部２５ｃと、送信波形生成部２５ｄとを有する。なお、レーダ判定部２５ａ、送信周波数設定部２５ｂ、送信タイミング設定部２５ｃ及び送信波形生成部２５ｄは、図１に示したレーコン応答波送信処理部２５に対応する。

アンテナ部２１は、受信したレーダ波をサーキュレータ２２に出力し、サーキュレータ２２から出力されたレーコン応答波を送信する。このように、アンテナ部２１は、送信及び受信に兼用される。

サーキュレータ２２は、アンテナ部２１、受信機２３及び送信機２４を接続された３ポートサーキュレータである。このサーキュレータ２２により、アンテナ部２１より出力されたレーダ波は受信機２３に送られ、送信機２４より出力されたレーコン応答波はアンテナ部２１に送られる。

受信機２３は、アンテナ部２１から出力されたレーダ波を増幅し、レーコン応答波送信処理部２５内のレーダ判定部２５ａ及び送信タイミング設定部２５ｃに出力する装置である。

送信機２４は、送信波形生成部２５ｄにより生成された送信波形を、送信周波数設定部２５ｂにより設定されたＲＦ周波数帯にアップコンバートして増幅し、送信タイミング設定部２５ｃにより生成された送信トリガのタイミングでサーキュレータ２２に出力する装置である。

レーダ判定部２５ａは、受信機２３により出力されたレーダ波に含まれるレーダパルスのパルス幅及び周波数の双方又は一方を用いて、レーダ波を送信したレーダ送受信機１０がパルス圧縮レーダであるか否かを判定する。例えば、「パルス幅が２ｕｓ以上」である場合や、「周波数変調されている」場合に、パルス圧縮レーダのレーダ波であると判定することができる。

送信周波数設定部２５ｂは、レーコン応答波の周波数を設定する処理部である。具体的には、この送信周波数設定部２５ｂは、受信したレーダ波がパルス圧縮レーダのものである場合には、受信したレーダ波の周波数とは異なる周波数をレーコン応答波の周波数として設定する。例えば、レーダ波の周波数ｆ１から５０ＭＨｚ低い周波数をレーコン応答波の周波数として設定する。また、受信したレーダ波がマグネトロンレーダのものである場合には、受信したレーダ波の周波数と等しい周波数をレーコン応答波の周波数として設定する。送信周波数設定部２５ｂは、設定したレーコン応答波の周波数を送信機２４に出力する。

送信タイミング設定部２５ｃは、受信したレーダ波に含まれるレーダパルスの立下りまたは立上りのエッジを検知し、検知したエッジから所定期間経過後にレーコン応答波の送信トリガを生成して送信機２４へ出力する処理部である。

送信波形生成部２５ｄは、レーコン応答波の送信波形を生成する処理部である。この送信波形生成部２５ｄは、受信したレーダ波がパルス圧縮レーダによるものである場合には、レーコン応答波であることを示す所定の信号系列（レーコン識別符号）を所定の方式で変調したレーコン応答波形を送信波形として生成する。この変調には、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調やＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調等を用いることができる。また、送信波形生成部２５ｄは、受信したレーダ波がマグネトロンレーダによるものである場合には、識別パルスをＡＳＫ変調した単一周波数波形を送信波形として生成する。

図５は、図４に示した送信機２４から送信される送信波形の一例を示す図である。同図に示すように、送信する信号系列は、レーコン識別符号を示す「０」と「１」の２値符号列である。この２値符号列をＡＳＫ変調すると、２値符号列の「０」に対応する範囲で振幅が「０」となり、２値符号列の「１」に対応する範囲では所定の大きさの振幅を有する送信波形が得られる。また、２値符号列の信号列をＦＳＫ変調すると、２値符号列の「０」に対応する範囲と２値符号列の「１」に対応する範囲とでパルス周波数が異なる送信波形が得られることとなる。

したがって、ＡＳＫ変調により得られた送信波形からレーコン識別符号を取り出す際には、振幅の差を検知すればよく、ＦＳＫ変調により得られた送信波形からレーコン識別符号を取り出す際には、周波数の差を検知すればよい。

次に、図１に示したレーダ送受信機１０の処理をソフトウェアにより実現する場合の処理手順を説明する。ここでは、図２に示したレーダ波送信処理部１５、レーダエコー受信処理部１６、レーコン応答波受信処理部１７及び表示制御部１８の処理を全てＣＰＵ上でプログラム実行するものとする。このため、かかるレーダ送受信機１０には、レーダ波送信処理部１５、レーダエコー受信処理部１６、レーコン応答波受信処理部１７及び表示制御部１８に対応するプログラムがフラッシュメモリ又はＲＯＭ上に格納されており、これらのプログラムがＣＰＵによって読み出されて実行されることになる。

レーダ送受信機１０は、レーダパルスを含んだレーダ波を生成してアンテナ部１１より送信処理した後、アンテナ部１１が受信したアンテナ受信信号に基づいて、レーダエコー受信処理とレーコン応答波受信処理とを行う。

図６は、レーダエコー受信処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、レーダエコー受信処理部１６は、アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されていなければ（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、レーダエコー受信処理部１６は、ステップＳ１０５に移行する。

アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されたならば（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、レーダエコー受信処理部１６は、アンテナ受信信号からレーダエコーを抽出し（ステップＳ１０２）、レーダ波に含まれるレーダパルスに対応するＭＦ処理をレーダエコーに行うことにより、パルス幅を圧縮するとともに信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を向上する（ステップＳ１０３）。その後、パルス幅が圧縮されたレーダエコーをＸＹ座標系に変換して表示器１９に転送することで、表示器１９にレーダ映像を描画処理する（ステップＳ１０４）。

そして、レーダエコー受信処理部１６は、上記一連の処理を終了するか否かを判定し（ステップＳ１０５）、処理を続行する場合には（ステップＳ１０５；Ｎｏ）ステップＳ１０１に移行する。なお、かかる終了判定に際しては、例えばレーダ波の送信時点から所定時間が経過した否かにより判定することができる。

図７は、レーコン応答波受信処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、レーコン応答波受信処理部１７は、アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されていなければ（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、レーコン応答波受信処理部１７は、ステップＳ２０６に移行する。

アンテナ部１１からアンテナ受信信号が出力されたならば（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、レーコン応答波受信処理部１７は、アンテナ受信信号からレーコン応答波を抽出し（ステップＳ２０２）、レーコン応答波の周波数成分に対し、レーコン応答波の変調方式に対応する復調方式を用いて復調処理する（ステップＳ２０３）。この復調処理により、レーコン識別符号が抽出される。

その後、レーコン位置を算出する処理を行う（ステップＳ２０４）。具体的には、レーダ波を送信した時点からレーコン応答波を受信する時点までの経過時間により、レーコン２０までの距離を算出する。また、レーコン応答波の検出時のアンテナ部１１の回転角度からレーコン２０の相対方位を決定する。そして、算出された距離及び相対方位に基づいて、レーダ映像上の所定位置にレーコンマークを重畳描画する処理を行う（ステップＳ２０５）。

そして、レーコン応答波受信処理部１７は、上記一連の処理を終了するか否かを判定し（ステップＳ２０６）、処理を続行する場合には（ステップＳ２０６；Ｎｏ）ステップＳ２０１に移行する。なお、かかる終了判定に際しては、例えばレーダ波の送信時点から所定時間が経過した否かにより判定することができる。

次に、図１に示したレーコン２０の処理をソフトウェアにより実現する場合の処理手順を説明する。図８は、図１に示したレーコン２０の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、図４に示したレーコン応答波送信処理部２５の処理をＣＰＵ上でプログラム実行するものとする。このため、かかるレーコン２０には、レーコン応答波送信処理部２５に対応するプログラムがフラッシュメモリ又はＲＯＭ上に格納されており、これらのプログラムがＣＰＵによって読み出されて実行されることになる。

同図に示すように、レーコン２０は、アンテナ部２１からレーダ波を受信したか否かを判定し（ステップＳ３０１）、レーダ波を受信していなければ（ステップＳ３０１；Ｎｏ）、ステップＳ３０１に移行する。

これに対して、レーダ波を受信したならば（ステップＳ３０１；Ｙｅｓ）、レーダ波に含まれるレーダパルスのパルス幅及び周波数の双方又は一方を用いて、レーダ送受信機１０のレーダ種別を判定する（ステップＳ３０２）。

その結果、レーダ送受信機１０のレーダ種別に応じてレーコン応答波の送信周波数を設定する（ステップＳ３０３）。具体的には、レーダ送受信機１０のレーダ種別がパルス圧縮レーダであると判定した場合には、周波数（ｆ１−Δｆ）をレーコン応答波の周波数として設定し、マグネトロンレーダであると判定した場合には、周波数ｆ１をレーコン応答波の周波数として設定する。

そして、レーダ送受信機１０のレーダ種別に応じてレーコン応答波の送信波形を生成する（ステップＳ３０４）。具体的には、レーダ送受信機１０のレーダ種別がパルス圧縮レーダであると判定した場合には、レーコン応答波であることを示すレーコン識別符号を所定の方式で変調したレーコン応答波形を送信波形として生成し、マグネトロンレーダであると判定した場合には、識別パルスをＡＳＫ変調した単一周波数波形を送信波形として生成する。

そして、レーダ波に含まれるレーダパルスの立下りまたは立上りのエッジを検知し、検知したエッジから所定期間経過後に、レーコン応答波の送信トリガを生成して送信機２４へ出力する（ステップＳ３０５）。送信機２４は、ステップＳ３０４により生成された送信波形を、ステップＳ３０３により設定された周波数にアップコンバートして増幅し、ステップＳ３０５により設定された送信タイミングで送信する（ステップＳ３０６）。

上述してきたように、本実施例では、レーダ送受信機１０が、周波数ｆ１のレーダ波を送信処理し、レーコン２０が、レーダ波を受信した際に、レーダ送受信機のレーダ種別を判定し、このレーダ種別が固体化レーダである場合には、周波数（ｆ１−Δｆ）のレーコン応答波を送信処理する。そして、レーダ送受信機１０は、周波数ｆ１のレーダエコーに含まれるパルスについてはパルス圧縮処理を行い、周波数（ｆ１−Δｆ）のレーコン応答波に含まれるレーコン識別符号についてはパルス圧縮処理を行わずに、自船舶の周囲に所在する他船舶、陸地及び航路ブイの所在位置を表示器１９にそれぞれ表示制御するよう構成したので、地形、周囲に存在する他船舶並びにレーコン２０の所在位置を適正かつ効率的に表示器のＰＰＩ画面上に表示制御することができる。特に、レーコン識別符号をパルス圧縮の処理対象から除外することとしたので、レーコン識別符号が距離方向に伸張され、またレーコン識別符号が潰れる状況を回避し、もってレーコン識別符号により他船舶が隠れる事態を防止することが可能となる。

また、レーダエコーの受信処理とレーコン応答波の受信処理とを独立した処理としたため、パルス圧縮の方式に関わらず様々なパルス圧縮レーダに適用することができる。さらに、レーコン２０は、レーダ送受信機１０のレーダ種別がマグネトロンレーダである場合に、従来と同様にレーダ波と同一周波数でレーコン応答波を送信するよう構成したので、既存のレーダシステムとのインターオペラビリティを確保することができる。

ところで、上記実施例では、レーコン２０が、レーコン識別符号を変調した送信波形を生成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、かかるレーコン識別符号の後ろに任意の情報を付加して変調した送信波形を生成することもできる。

図９は、図４に示した送信機２４から送信される送信波形の他の例を示す図である。同図に示す信号系列は、図４に示した信号系列に付加情報部としてアルファベットの「Ｋ」に対応する情報を付加している。このように付加情報部を付加した場合であっても、図４の場合と同様に、ＡＳＫ変調若しくはＦＳＫ変調を施すことにより送信波形を生成することができる。

かかる場合に、レーダ送受信機１０では、復調処理部１７ｂにおいてアルファベット情報を抽出し、レーコンマーク描画部１８ｂでは、復調処理部１７ｂにより抽出されたアルファベットに基づいてモールス符号マークを疑似生成し、レーコン位置算出部１７ｃで算出したレーコン位置にモールス符号マークをレーダ映像に重畳して表示することになる。上記の処理を行うことにより、レーコン応答波に任意の情報を付与してレーダ映像上に表示することができる。

また、本実施例では、レーダ送受信機１０が、レーダエコーと異なる周波数でレーコン応答波を受信して、受信したレーコン応答波からレーコンの存在位置（自レーダからの相対距離・方位）を算定するため、レーダエコーとは異なる色や形状のレーコンマークを表示することが可能となる。

図１０は、図２に示した表示器１９の表示の一例を示す図である。図１０（ａ）に示したＰＰＩ画面１９ａには、レーダエコーに基づいて陸地１９ｂ、他船舶１９ｃを含むレーダ映像を描画し、レーコン応答波に基づいてレーコンの形状を示すレーコンマーク３０を描画している。かかるレーコンマーク３０を表示すれば、レーダ操作者は、レーコン識別符号がなくともレーコンの所在位置を認識することが可能となる。

また、図１０（ｂ）に示したＰＰＩ画面１９ａには、レーダエコーに基づいて陸地１９ｂ、他船舶１９ｃを含むレーダ映像を描画し、レーコン応答波に基づいてレーコン１９ｄ及びモールス符号１９ｅを描画している。かかるモールス符号１９ｅは、図中に示したように中抜きの枠線で表示制御されている。このため、モールス符号の表示が他船舶の位置と重複したとしても、モールス符号の枠線内に他船舶の位置を表示することができるので、モールス符号によって他船舶の位置がマスクされてしまうという問題を解消することができる。

なお、上記実施例では、レーダ送受信機１０のレーダ種別がパルス圧縮レーダである場合に、周波数（ｆ１−Δｆ）のレーコン応答波を送信する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーダエコーとレーコン応答波を分離することができれば、任意の周波数のレーコン応答波を送信することができる。

また、本実施例では、パルス圧縮レーダを対象とする場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パルス圧縮レーダ以外の固体化レーダを用いる場合に適用することもできる。さらに、本実施例では、レーコン２０が、レーダ波に含まれるレーダパルスのパルス幅及び周波数の双方又は一方を用いてレーダ送受信機１０のレーダ種別を判定する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーダ送受信機１０が他の手段でレーダ種別をレーコン２０に通知する場合に適用することもできる。

また、本実施例では、本発明を船舶用レーダシステムに適用した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、航空機用レーダシステム等の他のレーダシステムに適用することもできる。

以上のように、本発明に係るレーダシステム、トランスポンダ装置、レーダ処理方法及びレーダ処理プログラムは、レーダ送受信機が固体化レーダを採用する場合に、他の移動体及びトランスポンダ装置を適正かつ効率的に表示器上に表示制御する場合に適している。

１０ レーダ送受信機
１１、２１ アンテナ部
１２、２２ サーキュレータ
１３、２３ 受信機
１４、２４ 送信機
１５ レーダ波送信処理部
１５ａ 送信周波数設定部
１５ｂ 送信波形生成部
１６ レーダエコー受信処理部
１６ａ、１７ａ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１６ｂ パルス圧縮処理部
１７ レーコン応答波受信処理部
１７ｂ 復調処理部
１７ｃ レーコン位置算出部
１８ 表示制御部
１８ａ レーダ映像描画部
１８ｂ レーコンマーク描画部
１９ 表示器
１９ａ ＰＰＩ画面
１９ｂ 陸地
１９ｃ 他船舶
１９ｄ レーコン
１９ｅ モールス符号
２０ レーコン
２５ レーコン応答波送信処理部
２５ａ レーダ判定部
２５ｂ 送信周波数設定部
２５ｃ 送信タイミング設定部
２５ｄ 送信波形生成部
３０ レーコンマーク

Claims (8)

1. 移動体に搭載され第１の周波数の電磁波を送信するレーダ送受信装置と、航路標識に配設され前記第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置とを有するレーダシステムであって、
   前記トランスポンダ装置は、
   前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波を送信したレーダ種別が固体化レーダであるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合には、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記レーダ種別が固体化レーダでないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手段とを備え、
   前記レーダ送受信装置は、固体化レーダであって、
   前記第１の周波数の電磁波を送信処理する送信処理手段と、
   前記第１の周波数のレーダエコーを受信処理するとともに、前記第２の周波数の応答波を受信処理する受信処理手段と、
   前記受信処理手段により受信処理された前記レーダエコー及び前記応答波に基づいて、少なくとも前記移動体の周囲に所在する他の移動体及び前記航路標識の所在位置を所定のレーダ表示器にそれぞれ表示制御する表示制御手段と
   を備えたことを特徴とするレーダシステム。
2. 前記応答波送信処理手段は、
   前記判定手段により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合に、前記第１の周波数から所定周波数ずれた第２の周波数を所定の送信機に対して設定する送信周波数設定手段と、
   所定の信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成して前記送信機に出力する応答波形生成処理手段と、
   前記電磁波に含まれるレーダパルスの立下りエッジ又は立上りエッジから所定の時間経過後に前記応答波形の送信トリガを生成して前記送信機に出力する送信トリガ生成手段と
   をさらに備え、
   前記送信機は、
   前記応答波形生成処理手段により生成された応答波形を前記送信周波数設定手段により設定された第２の周波数に周波数変換し、前記送信トリガ生成手段により生成された送信トリガのタイミングで所定のアンテナ部に出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
3. 前記応答波形生成処理手段は、
   前記トランスポンダ装置からの応答波であることを示す所定の信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーダシステム。
4. 前記応答波形生成処理手段は、
   前記トランスポンダ装置からの応答波であることを示す所定の信号系列に対して任意の情報を付加した信号系列を所定の変調方式で変調した応答波形を生成する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーダシステム。
5. 前記表示制御手段は、前記受信処理手段により受信処理された前記応答波に含まれる信号系列を中抜きの枠線で前記レーダ表示器に表示制御することを特徴とする請求項２、３又は４に記載のレーダシステム。
6. 航路標識に配設され、第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置であって、
   前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であると判定された場合に、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波でないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手段と
   を備えたことを特徴とするトランスポンダ装置。
7. 移動体に搭載され第１の周波数の電磁波を送信するレーダ送受信装置と、航路標識に配設され前記第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置とを有するレーダシステムにおけるレーダ処理方法であって、
   前記レーダ送受信装置が、固体化レーダであって、前記第１の周波数の電磁波を送信処理する送信処理工程と、
   前記トランスポンダ装置が、前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波を送信したレーダ種別が固体化レーダであるか否かを判定する判定工程と、
   前記トランスポンダ装置が、前記判定工程により前記レーダ種別が固体化レーダであると判定された場合には、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記レーダ種別が固体化レーダでないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理工程と、
   前記レーダ送受信装置が、前記第１の周波数のレーダエコーを受信処理するとともに、前記第２の周波数の応答波を受信処理する受信処理工程と、
   前記レーダ送受信装置が、前記受信処理工程により受信処理された前記レーダエコー及び前記応答波に基づいて、少なくとも前記移動体の周囲に所在する他の移動体及び前記航路標識の所在位置を所定のレーダ表示器にそれぞれ表示制御する表示制御工程と
   を含んだことを特徴とするレーダ処理方法。
8. 航路標識に配設され第１の周波数の電磁波を受信して応答波を送信するトランスポンダ装置上で実行されるレーダ処理プログラムであって、
   前記第１の周波数の電磁波を受信した際に、該電磁波のパルス幅及び周波数の双方又は一方に基づいて前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であるか否かを判定する判定手順と、
   前記判定手順により、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波であると判定された場合に、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の応答波を送信処理し、前記第１の周波数の電磁波が固体化レーダにより送信された電磁波でないと判定された場合には、前記第１の周波数の応答波を送信処理する応答波送信処理手順と
   を実行することを特徴とするレーダ処理プログラム。

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