JP6562628B2

JP6562628B2 - 目標識別システム

Info

Publication number: JP6562628B2
Application number: JP2014251223A
Authority: JP
Inventors: 晃板倉; 直哉平木
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2016115990A

Description

この発明は、検出対象を電波により識別する目標識別システムに関する。

検出対象である目標を電波で識別するためのシステムは、海難救助や山岳救助などに利用可能である（例えば、特許文献１参照。）。海難救助の場合、遭難者は、応答装置を所持して救命ボートに乗り込む。この後、捜索船または捜索機のレーダによる送信波を応答装置が受信すると、この応答装置は、応答信号として自動的に反射波（電波）を放射する。捜索船または捜索機側では、応答装置からの反射波をレーダが受信すると、レーダは、受信した反射波を基にして、遭難者が所持している応答装置の位置を表示する。こうしたシステムでは、応答装置として例えばコーナリフレクタが用いられる。コーナリフレクタは、入射した電波を反射する装置である。

こうして、遭難者のような検出対象を、電波の送受信により識別することが可能である。

特開２００２−３２８１６５号公報

しかし、先に述べたような、目標を電波により識別するためのシステムには次の課題がある。例えば海難救助の場合に、救命ボートは洋上にあるので、レーダ波が海面で反射した反射波であるシークラッタが、応答装置からの反射波に織り込まれる。この結果、レーダ側では応答装置からの反射波の判別が困難になるという課題がある。

山岳遭難の場合でも、同じように、地面からの反射波であるグランドクラッタが発生するので、応答装置の判別がレーダ側で困難である。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、クラッタが多い環境下でも目標を的確に識別することを可能にする目標識別システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、垂直偏波と水平偏波の一方の偏波を送信する送受信装置と、移動する目標に備えられて該目標と一緒に移動し、前記送受信装置からの一方の偏波を受信すると、この偏波を基にこの偏波と直交する偏波を送信するアンテナ装置と、を備え、前記送受信装置は、前記アンテナ装置からの前記直交する偏波を受信して、該受信信号を基に前記目標までの距離と方向を算出し、前記目標を画像にして識別する、ことを特徴とする目標識別システムである。

請求項１の発明では、送受信装置が垂直偏波と水平偏波の一方の偏波を送信する。一方、アンテナ装置は目標に備えられている。そして、アンテナ装置は、送受信装置からの一方の偏波を受信すると、この偏波を基に他方の偏波を送信する。送受信装置は、アンテナ装置からの他方の偏波を受信して、該受信信号を基に前記目標までの距離と方向を算出し、前記目標を画像にして識別する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の目標識別システムにおいて、前記アンテナ装置は複数のパッチアンテナを配列して形成され、前記各パッチアンテナは、第１の放射素子とこの第１の放射素子に接続されている第１の給電線路とから成る第１の給電基板と、第２の放射素子とこの第２の放射素子に接続されている第２の給電線路から成る第２の給電基板と、を備え、前記第２の給電線路は、前記第１の給電線路と直交するように配置されていると共に前記第１の給電線路と前記第２の給電線路とが接続されている、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の目標識別システムにおいて、前記パッチアンテナは、屈曲が可能なシート体に貼り付けられている、
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、例えば垂直偏波を送信した後で、目標からの反射波として水平偏波を受信し、該受信信号を基に前記目標までの距離と方向を算出し、前記目標を画像化することにより、目標とクラッタとの識別を容易に行うことが出来る。

請求項２の発明によれば、パッチアンテナの第１の給電線路と第２の給電線路を接続したので、一方の放射素子が受信した偏波の直交成分を他方の放射素子が再放射する。これにより、アンテナ装置が無給電で動作可能となり、電源を不要にすることが出来る。

請求項３の発明によれば、複数のパッチアンテナをシート体に貼り付けてアンテナ装置を構成したので、アンテナ装置の携帯が可能になる。

この発明の実施の形態１による目標識別システムを示す構成図である。図１のパッチアンテナ部を示す構成図である。図２のパッチアンテナを示す斜視図である。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による目標識別システムを図１に示す。図１の目標識別システムは、送受信装置１０とアンテナ装置２０とを備えている。

送受信装置１０は、操作部１１と送信部１２と処理部１３と受信部１４と表示部１５とアンテナ１６Ａ、１６Ｂとを備えている。

操作部１１は、人手によって操作されるものである。これにより、操作部１１には、目標捕捉等の指示が入力される。送信部１２は、処理部１３から送信指示を受け取ると、パルス状の高周波信号をアンテナ１６Ａに出力する。アンテナ１６Ａは、この実施の形態では垂直偏波を送信するために配置されている。アンテナ１６Ａは、パルス状の高周波信号を処理部１３から受け取ると、この高周波信号をパルス状の垂直偏波の送信波として放射する。アンテナ１６Ａとしては、例えば複数の素子を並べて構成したアンテナがある。また、アンテナ１６Ａとしては、装置が大型になっても、高い利得を必要とする場合、例えば地すべり等を検出するような場合、ホーンアンテナを用いてもよい。

アンテナ１６Ｂは、水平偏波の反射波を受信するために配置されている。つまり、水平偏波用のアンテナ１６Ｂは、垂直偏波用のアンテナ１６Ａとは同じものであるが、その取付け状態が異なっている。アンテナ１６Ｂは、アンテナ装置２０からの水平偏波の反射波を受信する。そして、アンテナ１６Ｂは、受信した反射波を高周波信号に変換して、受信部１４に送る。受信部１４は、アンテナ１６Ｂから高周波信号を受け取ると、この信号を基に受信信号を生成し、この受信信号を処理部１３に送る。

処理部１３は、操作部１１から目標捕捉の指示を受け取ると、送信部１２に対して送信指示を送る。この後、処理部１３は、受信部１４から受信信号を受け取ると、この受信信号を基に目標までの距離や方向等を算出する。そして、処理部１３は、算出結果を基にアンテナ装置２０つまり目標を映像として表示部１５に表示する。

アンテナ装置２０は、この実施の形態では垂直偏波を受信すると、この垂直偏波を基に水平偏波を送信する。このために、アンテナ装置２０は、シート２０_１と多数のパッチアンテナ部２０_２とを備えている。

シート２０_１は、屈曲自在な材料、例えばシリコン樹脂で作られている。シート２０_１は、縦が長さＬ１であり横が長さＬ２である四角形状をしている。そして、シート２０_１は、携帯されるときには縦と横に折り曲げられて使用され、電波の送受信時には広げられて使用される。

パッチアンテナ部２０_２は、シート２０_１に複数貼り付けられている。これらはすべて同じであるので、以下では１つのパッチアンテナ部２０_２について説明する。パッチアンテナ部２０_２は、図２に示すように、パッチアンテナ２０_２１と接続線路２０_２２とを備えている。

パッチアンテナ部２０_２のパッチアンテナ２０_２１は、図３に示すように、地導体２１Ａと誘電体２１Ｂと給電基板２１Ｃとがこの順で積み重ねられている。給電基板２１Ｃは、放射素子２１Ｃ_１と給電線路２１Ｃ_２とがフィルム状絶縁基板２１Ｃ_３に形成された構成である。給電基板２１Ｃの上には、誘電体２１Ｄと地導体２１Ｅとがこの順で積み重ねられている。地導体２１Ｅには、放射素子２１Ｃ_１の真上に位置するようにスロット開口２１Ｅ_１が設置されている。

地導体２１Ｅの上には、誘電体２１Ｆと給電基板２１Ｇとがこの順で積み重ねられている。給電基板２１Ｇは、放射素子２１Ｇ_１と給電線路２１Ｇ_２とがフィルム状絶縁基板２１Ｇ_３に形成された構成である。給電基板２１Ｇの上には、誘電体２１Ｈと地導体２１Ｊとがこの順で積み重ねられている。地導体２１Ｊには、放射素子２１Ｇ_１の真上に位置するようにスロット開口２１Ｊ_１が設置されている。

上層側の給電基板２１Ｇのフィルム状絶縁基板２１Ｇ_３は、予め定められた大きさ及び形状（例えば、正方形で厚さ２５μｍのポリエステルフィルム）である。放射素子２１Ｇ_１は、フィルム状絶縁基板２１Ｇ_３の上面の中央部分に予め定められた大きさ、形状（例えば各辺が１０数ｍｍ及び１０数ｍｍの長方形で厚さ１８μｍ）の導電箔（銅箔）を貼り付けて形成されている。放射素子２１Ｇ_１は、給電線路２１Ｇ_２からの高周波信号により励振される。これにより、放射素子２１Ｇ_１は電波（反射波）を放射する。また、放射素子２１Ｇ_１は送信波を受信すると、高周波信号を発生する。

給電線路２１Ｇ_２は、放射素子２１Ｇ_１を予め定められた方向から給電し励振するように、フィルム状絶縁基板２１Ｇ_３の上面に導電箔（銅箔）を貼り付けて形成されている。給電線路２１Ｇ_２は縦が横より長い細長形状をしている。この実施の形態では、給電線路２１Ｇ_２の長さ方向がシート２０_１の縦方向（長さＬ１の方向）と一致するように、パッチアンテナ部２０_２がシート２０_１に貼り付けられている。そして、シート２０_１の縦方向が垂直状態に横方向が水平状態にされているときに、給電線路２１Ｇ_２が端部に入力された高周波信号を放射素子２１Ｇ_１に給電すると、放射素子２１Ｇ_１は、垂直偏波の電波を反射波として放射する。また、放射素子２１Ｇ_１が垂直偏波の電波（送信波）を受信すると、給電線路２１Ｇ_２は、高周波信号を端部から出力する。

また逆に、シート２０_１の縦方向が水平状態に横方向が垂直状態にされているときに、給電線路２１Ｇ_２が端部に入力された高周波信号を放射素子２１Ｇ_１に給電すると、放射素子２１Ｇ_１は、水平偏波の電波を反射波として放射する。また、放射素子２１Ｇ_１が水平偏波の送信波を受信すると、給電線路２１Ｇ_２は、高周波信号を端部から出力する。

下層側の給電基板２１Ｃは、上層側の給電基板２１Ｇと同様の放射素子２１Ｃ_１と給電線路２１Ｃ_２とフィルム状絶縁基板２１Ｃ_３とで形成されている。そして、上層側の給電基板２１Ｇに対し、一定の間隔を隔てて下層側の給電基板２１Ｃが配置されている。かつ、下層側の給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２は、上層側の給電基板２１Ｇの給電線路２１Ｇ_２とは互いに直交する方向となるように配置されている。これにより、下層側の給電基板２１Ｃでは、上層側の放射素子２１Ｇ_１に対する給電、励振方向とは直交する方向から、放射素子２１Ｃ_１に対する給電、励振が行われる。つまり、給電線路２１Ｃ_２の長さ方向がシート２０_１の横方向（長さＬ２の方向）と一致するように、パッチアンテナ部２０_２がシート２０_１に貼り付けられている。そして、シート２０_１の縦方向が垂直状態に横方向が水平状態にされているときに、給電線路２１Ｃ_２が端部に入力された高周波信号を放射素子２１Ｃ_１に給電すると、放射素子２１Ｃ_１は、水平偏波の電波を放射する。また、放射素子２１Ｃ_１が水平偏波の電波を受信すると、給電線路２１Ｃ_２は、高周波信号を端部から出力する。

また逆に、シート２０_１の縦方向が水平状態に横方向が垂直状態にされているときに、給電線路２１Ｃ_２が端部に入力された高周波信号を放射素子２１Ｃ_１に給電すると、放射素子２１Ｃ_１は、垂直偏波の電波を反射波として放射する。また、放射素子２１Ｃ_１が垂直偏波の電波を受信すると、給電線路２１Ｇ_２は、高周波信号を端部から出力する。

パッチアンテナ部２０_２の接続線路２０_２２（図２）は、上層側の給電基板２１Ｇの給電線路２１Ｇ_２に、下層側の給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２を電気的に接続している。つまり、上層側の給電線路２１Ｇ_２の端部が下層側の給電線路２１Ｃ_２の端部に接続されている。これにより、接続線路２０_２２は、上層側の給電基板２１Ｇの給電線路２１Ｇ_２が出力する高周波信号を、下層側の給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２に加える。また逆に、接続線路２０_２２は、下層側の給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２が出力する高周波信号を、上層側の給電基板２１Ｇの給電線路２１Ｇ_２に加える。

つまり、アンテナ装置２０のパッチアンテナ２０_２１については、下層側の給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２と上層側の給電基板２１Ｇの給電線路２１Ｇ_２とが直交するように配置されている。この結果、アンテナ装置２０は受信した偏波成分の直交成分を再放射している。さらに、アンテナ装置２０は、受信した送信波を利用して、反射波を生成し放射するので、電源が不要な無給電で動作可能である。

この実施の形態による目標識別システムは以上の構成である。次に、この目標識別システムの作用について、山岳救助を例として説明する。登山者は山に行く際にアンテナ装置２０を折りたたんで持ち歩くようにする。そして、悪天候等で遭難したときに、登山者はアンテナ装置２０を取り出して広げる。このとき、登山者は、例えば、シート２０_１の縦方向を垂直状態にし、かつ、横方向を水平状態にして木の間などに吊るして救助を待つ。

一方、天候不良で遭難した登山者があると麓側が判断すると、麓側の捜索者は、送受信装置１０の操作部１１を操作して目標捕捉の指示を入力する。これにより、送受信装置１０の送信部１２は、アンテナ１６Ａからパルス状の垂直偏波を送信波として山に向けて送信する。

遭難した登山者が設置したアンテナ装置２０側では、シート２０_１の縦方向が垂直状態にされ、横方向が水平状態にされているので、各パッチアンテナ部２０_２の給電基板２１Ｇの放射素子２１Ｇ_１が送受信装置１０からの垂直偏波の送信波を受信して、給電線路２１Ｇ_２が高周波信号を出力する。この高周波信号は、パッチアンテナ部２０_２の接続線路２０_２２を経て、給電基板２１Ｃの給電線路２１Ｃ_２に加えられる。これにより、給電基板２１Ｃの放射素子２１Ｃ_１は水平偏波の電波を反射波として再放射する。

一方、山の地表で発生するグランドクラッタは、送受信装置１０からの垂直偏波の反射波であるので、水平偏波の反射波がグランドクラッタに埋もれることはない。

送受信装置１０のアンテナ１６Ｂはアンテナ装置２０からの水平偏波の応答波を受信すると、受信部１４は受信信号を処理部１３に送る。同時に、垂直偏波のグランドクラッタは、水平偏波用のアンテナ１６Ｂで受信されることはない。処理部１３は、アンテナ１６Ｂからの受信信号を受け取ると、この受信信号を基に目標までの距離や方向等を算出する。この後、処理部１３は、算出結果を基にアンテナ装置２０である目標を映像として表示部１５に表示する。捜索者はこの映像を基に遭難者を識別する。

なお、登山者側で、シート２０_１の縦方向を水平状態にし、横方向を垂直状態にして木の間などに吊るしても、アンテナ装置２０の給電基板２１Ｃが送受信装置１０からの垂直偏波の送信波を受信し、給電基板２１Ｇが水平偏波を反射波として放出する。これにより、送受信装置１０は目標の映像を表示する。

こうして、この実施の形態によれば、受信した偏波成分の直交成分を再放射するパッチアンテナ部２０_２をシート２０_１に無数に張り付けて、送信波と直交した偏波を再放射し、送受信装置１０で受信することで、目標とクラッタとの識別を容易にすることが可能となる。このとき、グランドクラッタやシークラッタは送信波である垂直偏波が反射されたものであるので、水平偏波を反射波とすることでクラッタの影響を除くことが出来る。

また、この実施の形態によれば、シート２０_１に多数のパッチアンテナ部２０_２を貼り付けてアンテナ装置２０を形成している。これにより、アンテナ装置２０を縦横に折りたたむことが出来るので、アンテナ装置２０が小型になり、アンテナ装置２０を携帯することも可能となる。

また、この実施の形態によれば、アンテナ装置２０は、受信した垂直偏波から水平偏波を生成した反射波とするので、無給電での使用となり、電源を不要にすることが出来る。

さらに、この実施の形態によれば、パッチアンテナ２０_２１の帯域を絞ることで、広帯域で送信波を受信し、反射波はその中の一部の帯域だけとなるので、捜索側の送受信装置１０はパルス幅が広がったビデオ（エコー）を表示することが出来る。

（実施の形態２）
この実施の形態では、送受信装置１０を次のようにしている。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、送受信装置１０のアンテナ１６Ａは水平偏波を送信するために配置されている。アンテナ１６Ａは、パルス状の高周波信号を送信部１２から受け取ると、この高周波信号によりパルス状の水平偏波を送信波として空中に放射する。

また、この実施の形態では、アンテナ１６Ｂは、垂直偏波を受信するために配置されている。アンテナ１６Ｂは、アンテナ装置２０からの垂直偏波の反射波を受信する。そして、アンテナ１６Ｂは、受信した反射波を高周波信号に変換して受信部１４に送る。送受信装置１０は、受信した垂直偏波の反射波を基にして、目標を映像として表示する。

一方、アンテナ装置２０は、実施の形態１と同様である。つまり、アンテナ装置２０は受信した偏波成分の直交成分を再放射する。これにより、送受信装置１０が水平偏波の送信波を放射しても、アンテナ装置２０は垂直偏波の反射波を放出する。つまり、送受信装置１０の側で、装置が変更されても、アンテナ装置２０の変更は不要で、そのまま使用可能である。

これにより、この実施の形態によれば、実施の形態１と同様にして、送受信装置１０による目標捕捉を行うことが出来る。

（実施の形態３）
この実施の形態では、アンテナ装置２０を次のようにしている。実施の形態１、２では、給電基板２１Ｃと給電基板２１Ｇとが積層された構成であったが、この実施の形態では、給電基板２１Ｃと給電基板２１Ｇとを平面上に並べている。このとき、給電線路２１Ｃ_２と給電線路２１Ｇ_２との配置と接続は実施の形態１、２と同様である。

この実施の形態によれば、アンテナ装置２０を薄くすることが出来る。

この発明は、遭難者の捜索の他に、地形の変動や、子供等の見守り、物品等の移動状況の観察など各種の分野での利用が可能である。

１０送受信装置
２０アンテナ装置
２０_１シート（シート体）
２０_２パッチアンテナ部
２０_２１パッチアンテナ
２１Ｃ、２１Ｇ給電基板
２１Ｃ_１、２１Ｇ_１放射素子
２１Ｃ_２、２１Ｇ_２給電線路
２０_２２接続回路

Claims

垂直偏波と水平偏波の一方の偏波を送信する送受信装置と、
移動する目標に備えられて該目標と一緒に移動し、前記送受信装置からの一方の偏波を受信すると、この偏波を基にこの偏波と直交する偏波を送信するアンテナ装置と、
を備え、
前記送受信装置は、前記アンテナ装置からの前記直交する偏波を受信して、該受信信号を基に前記目標までの距離と方向を算出し、前記目標を画像にして識別する、
ことを特徴とする目標識別システム。
前記アンテナ装置は複数のパッチアンテナを配列して形成され、
前記各パッチアンテナは、
第１の放射素子とこの第１の放射素子に接続されている第１の給電線路とから成る第１の給電基板と、
第２の放射素子とこの第２の放射素子に接続されている第２の給電線路から成る第２の給電基板と、
を備え、
前記第２の給電線路は、前記第１の給電線路と直交するように配置されていると共に前記第１の給電線路と前記第２の給電線路とが接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の目標識別システム。
前記パッチアンテナは、屈曲が可能なシート体に貼り付けられている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の目標識別システム。