JP6185263B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、物標のレーダ映像を距離方向に分離して表示するレーダ装置に関する。

レーダ装置は、レーダ信号（探知信号）を送信し、船舶や航空機等の物標によって反射されたレーダエコーを受信してレーダ映像を表示させ、物標の方位や、物標までの距離を監視する装置である。物標の方位は、レーダ信号を送信する送信アンテナの回転角度に基づいて算出することができる。また、物標までの距離は、例えば、レーダ信号を送信してからレーダエコーを受信するまでの時間に基づいて算出することができる。

ところで、距離方向に近接している複数の物標により反射されたレーダエコーが重なると、物標を分離して識別することが困難となる。このような距離方向の分解能の低下は、送信するレーダ信号のパルス幅を狭くすることで回避可能である。しかしながら、パルス幅を狭くすると、距離分解能を高めることはできるが、受信感度が低下するため、特に、遠距離の物標を探知することが難しくなる（特許文献１参照）。

距離分解能を高めることのできるレーダ装置として、特許文献２に開示された装置がある。このレーダ装置では、周波数をレーダ信号毎に切り換えて送信し、受信したレーダエコーに対して、送信したレーダ信号に対応した逆フーリエ変換を施すことにより、高い距離分解能を有するレーダ映像を生成することができる。

しかしながら、前記レーダ装置は、レーダ信号の周波数を切り換えるための周波数シンセサイザや、逆フーリエ変換回路等の複雑な処理回路を必要とする。

一方、特許文献３には、受信したレーダエコーの波形を整形することにより、距離分解能及び方位分解能を高めることのできるレーダ装置が開示されている。

特開平９−２０３７７８号公報 特開平５−１２６９４３号公報 特開２００８−３０９６０６号公報

しかしながら、特許文献３のレーダ装置では、距離方向及び方位方向に対する分解能を高めることはできるが、物標までの距離の検出精度が低下するおそれがある。すなわち、特許文献３では、レーダエコーの波形の幅が狭くなるように波形整形することで、相互に近接する物標によるレーダエコーを離間させている。この場合、レーダ装置に近接する側とレーダ装置から離間する側との双方向のレーダエコーの波形を整形しているため、整形されたレーダエコーに基づいて表示される物標の位置が変わってしまう問題がある。すなわち、レーダ装置に近接する側のレーダエコーの波形が整形されると、物標の位置がレーダ装置から遠ざかる方向に移動して表示されることになるため、レーダ装置から物標までの距離を誤認してしまうおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、物標の距離分解能を高めることができるとともに、物標までの距離を誤認するおそれのないレーダ映像を表示することのできるレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーダ装置は、物標のレーダ映像を距離方向に分離して表示するレーダ装置において、物標により反射されたレーダエコーを受信する受信部と、距離方向に設定した所定範囲における前記レーダエコーの最大値を算出し、前記最大値と、前記所定範囲の前記レーダ装置から離間する側の前記レーダエコーの値との差分に基づき、前記離間する側の前記レーダエコーの値を補正する処理を行う信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、前記レーダエコーを、
Ｓ _ｉ ＝Ｖ _ｉ −Ｋ×｛ｍａｘ（Ｖ _ｉ−ｄ ：Ｖ _ｉ ）−Ｖ _ｉ ｝ ^ｅ
Ｓ _ｉ ：前記レーダエコーの補正後の出力データ
Ｖ _ｉ ：前記レーダエコーの補正前の入力データ
Ｖ _ｉ−ｄ ：前記入力データＶ _ｉ からｄ個だけ前に取得した前記入力データ
ｍａｘ（Ｖ _ｉ−ｄ ：Ｖ _ｉ ）：前記入力データＶ _ｉ−ｄ から前記入力データＶ _ｉ
までの最大値
Ｋ：係数
ｅ：指数
として補正し、
補正された前記レーダエコーに基づくレーダ映像を表示することを特徴とする。

本発明のレーダ装置では、物標により反射されたレーダエコーの波形を整形する際、レーダ装置に近接する側の波形は整形せず、レーダ装置から離間する側の波形のみをレーダ装置に近接するように整形する。これにより、物標の距離分解能を高めることができるとともに、物標までの距離が波形整形の影響を受けることがないため、物標までの距離を誤認するおそれのないレーダ映像を表示することができる。

本発明に係る実施形態であるレーダ装置の構成ブロック図である。 図１における信号処理部に備えられる波形整形回路のブロック図である。 図２に示す波形整形回路による整形処理の前後のレーダエコーの説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施形態であるレーダ装置１０の構成ブロック図である。

＜レーダ装置１０の構成の説明＞
レーダ装置１０は、レーダ信号を送信し、船舶や航空機等の物標によって反射されたレーダエコーを受信してレーダ映像を表示させ、物標の方位や、物標までの距離を監視する装置である。レーダ装置１０は、アンテナ１２、送受信部１４（受信部）、Ａ／Ｄ変換部１６、信号処理部１８、座標変換部２０、レーダエコー記憶部２２、表示制御部２４及び表示部２６を備える。

送受信部１４は、アンテナ１２を介して、レーダ信号を送信するとともに、物標により反射されたレーダエコーを受信する。Ａ／Ｄ変換部１６は、レーダエコーをデジタル信号に変換する。信号処理部１８は、レーダエコーを処理し、所望のレーダエコーを取得する信号処理を行う。座標変換部２０は、デジタル信号に変換された極座標形式のレーダエコーを直交座標形式のレーダエコーに変換する。レーダエコー記憶部２２には、方位情報及び距離情報を含むレーダエコーが描画される。表示制御部２４は、レーダエコー記憶部２２に描画されたレーダエコーに基づき、物標のレーダ映像を表示部２６に表示させる制御を行う。表示部２６は、表示制御部２４の制御に基づきレーダ映像を表示する。

図２は、図１における信号処理部１８に備えられる波形整形回路２８のブロック図である。波形整形回路２８は、距離方向の分解能を高めるために、レーダエコーの波形整形処理を行う回路であり、パラメータ設定部３０、最大値算出部３２、差分指数化部３４及び距離方向補正部３６を備える。

パラメータ設定部３０は、波形整形のためのパラメータである参照データ数ｄ、指数ｅ及び係数Ｋを設定する。最大値算出部３２は、Ａ／Ｄ変換部１６から供給される距離方向に設定した所定範囲におけるレーダエコーの最大値を算出する。差分指数化部３４は、前記最大値とレーダ装置１０から所定範囲だけ離間する側のレーダエコーの値との差分を、設定した指数ｅで冪乗した差分指数値を算出する。距離方向補正部３６は、算出された差分指数値と設定した係数Ｋとに基づき、レーダ装置１０から離間する側のレーダエコーの値を補正し、距離方向の分解能を向上させたレーダエコーを算出する。

＜レーダ装置１０の処理の説明＞
次に、レーダ装置１０の処理について説明する。

送受信部１４は、図示しないマグネトロンを発振させ、アンテナ１２を介してレーダ信号を物標に向かって送信する。レーダ信号は、物標により反射され、レーダエコーとしてアンテナ１２を介して送受信部１４により受信される。送受信部１４により受信されたレーダエコーは、Ａ／Ｄ変換部１６によりデジタル信号に変換され、信号処理部１８に供給される。信号処理部１８に供給されたレーダエコーは、波形整形回路２８により波形の整形処理が行われる。

波形整形回路２８では、レーダエコーである入力データＶ_ｉが以下の（１）式に従って処理され、波形整形された出力データＳ_ｉが算出される。

Ｓ_ｉ＝Ｖ_ｉ−Ｋ×｛ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）−Ｖ_ｉ｝^ｅ…（１）

ここで、入力データＶ_ｉは、波形整形回路２８にｉ番目に入力される入力データである。入力データＶ_ｉ−ｄは、入力データＶ_ｉから参照データ数ｄだけ前に入力された入力データである。指数ｅ及び係数Ｋは、レーダエコーの波形の幅を狭くするように整形するためのパラメータである。これらのパラメータは、送受信部１４からアンテナ１２を介して送信されるレーダ信号のパルス幅に応じて設定することができる。参照データ数ｄ、指数ｅ及び係数Ｋの各パラメータは、予めオペレータによりパラメータ設定部３０に設定されている。最大値ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）は、（ｉ−ｄ）番目からｉ番目までのｄ個の入力データＶ_ｉ−ｄ〜Ｖ_ｉから選択した電界強度が最大の入力データである。

最大値算出部３２は、パラメータ設定部３０からの参照データ数ｄに従い、Ａ／Ｄ変換部１６から供給された入力データＶ_ｉ−ｄ〜Ｖ_ｉの最大値ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）を算出する。差分指数化部３４は、入力データＶ_ｉと、算出された最大値ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）と、パラメータ設定部３０からの指数ｅとを用いて、差分指数値｛ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）−Ｖ_ｉ｝^ｅを算出する。距離方向補正部３６は、入力データＶ_ｉと、算出された差分指数値｛ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）−Ｖ_ｉ｝^ｅと、パラメータ設定部３０からの係数Ｋとを用いて、（１）式に基づいて入力データＶ_ｉを補正した出力データＳ_ｉを算出する。

図３は、図２に示す波形整形回路２８による整形処理の前後のレーダエコーの説明図である。

レーダエコーの電界強度が増加する部分Ａ１及び電界強度が減少する部分Ａ２は、整形前の第１物標によるレーダエコーである。また、レーダエコーの電界強度が増加する部分Ｂ１及び電界強度が減少する部分Ｂ２は、整形前の第２物標によるレーダエコーである。第１物標は、第２物標よりもレーダ装置１０側にある。第１物標及び第２物標が近接している場合、整形前のレーダエコーは、部分Ａ１、Ａ２及びＢ１、Ｂ２の電界強度の各最大値（点Ｐ１、Ｐ２の値）と、部分Ａ２、Ｂ１間の電界強度の極小値（点Ｐ３の値）との差が小さいため、第１物標と第２物標とを分離して識別することが困難である。

これに対して、レーダエコーの部分Ａ３及びＡ４は、（１）式に基づく整形後の第１物標によるレーダエコーであり、部分Ｂ３及びＢ４は、整形後の第２物標によるレーダエコーである。この場合、参照データ数ｄにより規定されるレーダエコーの電界強度が増加する範囲では、
ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）＝Ｖ_ｉ
となるため、この範囲の出力データＳ_ｉは、（１）式から、
Ｓ_ｉ＝Ｖ_ｉ
となる。従って、この範囲では、レーダ装置１０に近接する第１物標のレーダエコーの部分Ａ１と部分Ａ３、及び、レーダ装置１０に近接する第２物標のレーダエコーの部分Ｂ１と部分Ｂ３は、整形処理の前後で変わらない。

一方、参照データ数ｄにより規定されるレーダエコーの電界強度が減少する範囲では、
ｍａｘ（Ｖ_ｉ−ｄ：Ｖ_ｉ）＝Ｖ_ｉ−ｄ
となるため、この範囲の出力データＳ_ｉは、（１）式から、
Ｓ_ｉ＝Ｖ_ｉ−Ｋ×（Ｖ_ｉ−ｄ−Ｖ_ｉ）^ｅ
となる。従って、この範囲では、レーダ装置１０から離間する第１物標のレーダエコーの部分Ａ２と、レーダ装置１０から離間する第２物標のレーダエコーの部分Ｂ２とは、電界強度が弱くなる部分Ａ４と部分Ｂ４にそれぞれ整形処理されることになる。

この結果、波形整形回路２８から出力される整形されたレーダエコーは、レーダ装置１０に近接する側の第１物標及び第２物標までの距離が整形処理の影響を受けないため、レーダ装置１０に対する第１物標及び第２物標の位置を誤認することなく検出することができる。なお、レーダ装置１０から離間する側の第１物標及び第２物標までの距離は、整形処理によりレーダ装置１０側に近づくことになるが、第１物標及び第２物標の位置検出に対して問題になることはない。

また、図３に示すように、整形処理前の部分Ａ２、Ｂ１間の電界強度の極小値（点Ｐ３の値）は、整形処理を行うことにより、部分Ａ４、Ｂ３間の電界強度の極小値（点Ｐ４の値）へと大きく減少する。従って、距離方向の分解能が高くなり、第１物標によるレーダエコーと第２物標によるレーダエコーとを容易に分離して識別することができる。

以上のようにして整形処理されたレーダエコーは、座標変換部２０により極座標形式から直交座標形式に変換された後、レーダエコー記憶部２２に描画される。次いで、表示制御部２４は、レーダエコー記憶部２２に描画されたレーダエコーを読み出し、レーダ映像として表示部２６に表示させる。この場合、レーダエコーは、図３に示すように、波形が整形処理されて表示されるため、距離方向に高い分解能を得ることができるとともに、物標までの距離を誤認することのないレーダ映像を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

１０…レーダ装置
１２…アンテナ
１４…送受信部
１６…Ａ／Ｄ変換部
１８…信号処理部
２０…座標変換部
２２…レーダエコー記憶部
２４…表示制御部
２６…表示部
２８…波形整形回路
３０…パラメータ設定部
３２…最大値算出部
３４…差分指数化部

Claims (1)

1. 物標のレーダ映像を距離方向に分離して表示するレーダ装置において、
   物標により反射されたレーダエコーを受信する受信部と、
   距離方向に設定した所定範囲における前記レーダエコーの最大値を算出し、前記最大値と、前記所定範囲の前記レーダ装置から離間する側の前記レーダエコーの値との差分に基づき、前記離間する側の前記レーダエコーの値を補正する処理を行う信号処理部と、
   備え、
   前記信号処理部は、前記レーダエコーを、
   Ｓ _ｉ ＝Ｖ _ｉ −Ｋ×｛ｍａｘ（Ｖ _ｉ−ｄ ：Ｖ _ｉ ）−Ｖ _ｉ ｝ ^ｅ
   Ｓ _ｉ ：前記レーダエコーの補正後の出力データ
   Ｖ _ｉ ：前記レーダエコーの補正前の入力データ
   Ｖ _ｉ−ｄ ：前記入力データＶ _ｉ からｄ個だけ前に取得した前記入力データ
   ｍａｘ（Ｖ _ｉ−ｄ ：Ｖ _ｉ ）：前記入力データＶ _ｉ−ｄ から前記入力データＶ _ｉ までの最大値
   Ｋ：係数
   ｅ：指数
   として補正し、
   補正された前記レーダエコーに基づくレーダ映像を表示することを特徴とするレーダ装置。

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