JP6741475B2 - 監視システム及び監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダーを用いて滑走路等の監視領域に存在する異物を検知する監視システムに関する。

空港の滑走路や誘導路上に異物が存在する場合、航空機が当該異物に接触あるいはエンジンが異物を吸い込むことによって重大な事故が生じる可能性がある。そのため、滑走路上の異物の監視が行われている。

また、高速道路においてもパトロール車が走行し、道路上に異物が存在した場合、道路の管理者が当該異物を撤去する作業が行うために、異物を検知するカメラや、レーザー、又はレーダー等を用いた異物の検知技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

レーダーの送信電力は検知対象となる物体のレーダー反射断面積と最大探知距離により決定される。レーダー反射断面積が小さいほどレーダーの送信電力を大きくする必要があり、最大探知距離が長いほどレーダーの送信電力を大きくする必要がある。

一方、送信電力が大きいとレーダーの受信器が受信する反射電力が大きくなり、レーダーの受信器の飽和による性能劣化が無視できなくなる。

空港では、レーダーの反射断面積の大きい飛行機が、レーダーの探知範囲内に存在する場合、飛行機からの反射電力がレーダー受信器の飽和電力を超えないように、送信電力を決定する必要が有る。空港の滑走路や誘導路上などで想定されている異物サイズは３ｃｍ程度であり、レーダー反射断面積が小さい。そのため、従来の技術では、３cmの異物のレーダー反射断面積にて、受信器の飽和が発生しないように送信電力を決定するため、最大探知距離の制約があった。

特開２０１５−１９４３７１号公報

空港での異物を検出する監視システムには、滑走路だけでなく、誘導路や駐機場等の空港面上の安全を確保するために、探知距離を広げる、あるいは探知距離を伸ばすニーズがある。例えば、異物サイズは３ｃｍ程度を１００ｍ程度の探知距離を、５００ｍ以上にすることで上記ニーズを満たすことはできるが、探知距離を５倍に伸ばすと送信電力は１０倍程度増大することになる。

すなわち、上記従来例のレーダーの最大探知距離に対して、１０倍の最大探知距離のレーダーとした場合、レーダーの送信電力は４０ｄＢ＝１００００倍大きくする必要が有る。その際、従来例のレーダーがレーダーからの距離αに存在する飛行機から受信する反射電力をβｄＢｍとすると、１０倍の最大探知距離のレーダーがレーダーからの距離αに存在する飛行機から受信する反射電力は（β＋４０）ｄＢｍとなる。

上記従来例のレーダーでは、レーダーに近接した飛行機にレーダービームが照射された場合でも、反射電力はそれほど大きくなかった。しかし、上記従来例の１０倍の最大探知距離のレーダーでは、反射電力が従来のレーダーと比較して４０ｄＢ＝１００００倍大きくなる。そのため、受信器の飽和による性能劣化が発生する、という問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、レーダーの最大探知距離を増大しながら受信器の飽和を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、監視対象の領域に面して配置されたレーダーユニットと、前記監視対象の領域で物体を検出する動体検出部と、プロセッサとメモリを有して前記レーダーユニットを制御するレーダー制御部と、を含む監視システムであって、前記動体検出部は、前記監視対象の領域で物体を検知したときには当該物体の位置を検出し、当該物体がレーダーユニットのレーダービームの照射を回避する非走査対象であるか否かを判定し、前記非走査対象の物体の所定時間後の予測位置を算出し、前記レーダー制御部は、前記レーダービームを照射して物体を検出する前記レーダーユニットの走査領域を複数の走査エリアに分割し、前記走査領域でレーダービームを照射する周期を前記走査エリアの数に応じて複数に分割した区間をタイムスロットとし、前記動体検出部が前記監視対象の領域で前記非走査対象の物体を検知したときには、当該物体の位置と、当該物体の所定時間後の予測位置に応じて、前記タイムスロットに前記走査エリアを割り当てる。

したがって、本発明は、検出した動体の位置に応じてレーダーの走査エリアのスケジューリングを行うことで、レーダーの最大探知距離を増大しながら受信器の飽和を抑制することができる。

本発明の第１の実施例を示し、監視システムの全体を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例を示し、監視システムの機能ブロック図である。 本発明の第１の実施例を示し、画像解析部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例を示し、画像データベースのテーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例を示し、画像分析部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例を示し、レーダー制御部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例を示し、レーダー制御部のスケジューリング処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例を示し、レーダーユニットが走査するエリアを周方向に分割した場合の走査エリアの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例を示し、走査エリアを割り当てるタイムスロットの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例を示し、スケジューリングテーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例を示し、スケジューリングテーブルの他の例を示す図である。 本発明の第２の実施例を示し、レーダーユニットがカバーするカバーエリアを鉛直方向に分割した場合の走査エリアの一例を示す図である。 本発明の第３の実施例を示し、レーダーユニットがカバーするカバーエリアを鉛直方向と水平方向に区切った場合の走査エリアの一例を示す図である。 本発明の第１の実施例を示し、動体検出装置の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例を示し、レーダー制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例を示し、配置テーブルの一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付与されている。

本実施例１は、滑走路や、高速道路や、レール等の路面上の異物を監視する監視システムに関する。例えば、滑走路面上に異物が残された状態で、航空機が異物に接触すると事故が生じる可能性があり、路面上に異物が存在しないかの監視が行われる。また、高速道路においてもパトロールカーが走行して異物があった場合には撤去が日々行われている。このように、路面上の異物の監視は重要であり、異物を検知するためのカメラや、レーダー等を用いた異物の検知技術が開発されている。

図１は、本実施例１の滑走路１の監視システムの全体構成を示すブロック図である。滑走路１（または誘導路、駐機場）の路面の監視を行える位置にカメラユニット１０２−１〜１０２−ｍを滑走路１に沿って複数配置し、カメラユニット１０２−１〜１０２−ｍが所定の周期で撮影した画像データに基づいてレーダー反射断面積の大きい動体（飛行機や保守車両等）２を非走査対象の物体として検出する動体検出装置１０３を設置する。

レーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎは滑走路１に沿って複数配置され、各レーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎからの検出結果を基に滑走路１上の異物を検知するレーダー制御装置１０４を設置する。レーダー制御装置１０４は動体検出装置１０３の検出結果に基づいてレーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎの制御や、検出結果の表示を行う。

なお、以下の説明では、レーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎの全体を「−」のない符号１０１で示す。カメラユニット１０２−１〜１０２−ｍなど、他の構成要素の符号についても同様である。

レーダーユニット１０１は、滑走路１上に複数のレーダーの走査領域（カバーエリア）５０−１〜５０−ｎを形成するため、滑走路１に沿った所定の間隔で配置される。カメラユニット１０２は、滑走路１への動体２の侵入または退出が検出可能な所定の位置、たとえば、滑走路１と誘導路（図示省略）の接続位置等に配置される。なお、カバーエリア５０は、レーダーユニット１０１がレーダービームを照射して物体を検出する領域を示す。

図２は、滑走路１の監視システムの機能ブロック図を模式的に示している。

カメラユニット１０２が所定の周期で撮影した画像データは動体検出装置１０３内の画像解析部１１１に転送される。動体検出装置１０３は、画像データを画像データベース１１０のデータと比較して動体２の位置などを解析する画像解析部１１１と、動体２の反射電力などを分析する画像分析部１１２とを含む。

図１３は、動体検出装置１０３の構成の一例を示すブロック図である。動体検出装置１０３は、プロセッサ６０と、メモリ６２と、プロセッサ６０とＩ／Ｏデバイスを接続するチップセット６１、チップセット６１に接続されてＩ／Ｏデバイスとして機能するストレージデバイス６３と、ネットワークＩ／Ｆ６４と、入出力装置６５と、信号処理部６６とを含む。

ネットワークＩ／Ｆ６４は、ネットワーク８０を介してレーダー制御装置１０４に接続される。入出力装置６５は、ディスプレイやマウスやキーボードなどを含む。信号処理部６６は、カメラユニット１０２に接続されて画像データを取得する。

メモリ６２にはＯＳ２と画像解析部１１１及び画像分析部１１２がロードされてプロセッサ６０によって実行される。また、動体２と比較する画像を蓄積した画像データベース１１０と、レーダーユニット１０１の情報を格納する配置テーブル５がメモリ６２にロードされて画像解析部１１１及び画像分析部１１２から参照される。

画像解析部１１１と画像分析部１１２はプログラムとしてメモリ６２にロードされる。プロセッサ６０は、各機能部のプログラムに従って処理することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、プロセッサ６０は、画像解析プログラムに従って処理することで画像解析部１１１として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、プロセッサ６０は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。

図１５は、配置テーブル５の一例を示す図である。配置テーブル５は、レーダーユニット１０１やカメラユニット１０２の位置を予め設定したテーブルである。配置テーブル５のエントリに含むＸ座標５２、Ｙ座標５３、Ｚ座標５４は、経度、緯度、高度や空港内の座標など３次元の座標であればよい。

図１４は、レーダー制御装置１０４の構成の一例を示すブロック図である。レーダー制御装置１０４は、プロセッサ７０と、メモリ７２と、プロセッサ７０とＩ／Ｏデバイスを接続するチップセット７１と、チップセット７１に接続されてＩ／Ｏデバイスとして機能するストレージデバイス７３と、ネットワークＩ／Ｆ７４と、入出力装置７７と、信号処理部７６と、レーダーユニット１０１及び信号処理部７６に所定の信号を供給する信号源７５を含む。

ネットワークＩ／Ｆ７４は、ネットワーク８０を介して動体検出装置１０３に接続される。入出力装置７７は、ディスプレイやマウスやキーボードなどを含む。信号処理部７６は、レーダーユニット１０１に接続されて受信データを取得する。

メモリ７２にはＯＳ１２とレーダー制御部１２０及び検出処理部１２３がロードされてプロセッサ７０によって実行される。また、レーダーユニット１０１を制御するスケジューリングテーブル１５がメモリ７２に格納される。

レーダー制御部１２０及び検出処理部１２３はプログラムとしてメモリ７２にロードされる。プロセッサ７０は、各機能部のプログラムに従って処理することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、プロセッサ７０は、レーダー制御プログラムに従って処理することでレーダー制御部１２０として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、プロセッサ７０は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。

図３は画像解析部１１１で行われる処理の一例を示すフローチャートである。画像解析部１１１は、カメラユニット１０２から画像データを受信すると図３の処理を実行する（Ｓ２０１）。

まず、画像解析部１１１は、背景差分抽出処理を実施する（Ｓ２０２）が行われる。背景差分抽出処理は、観測した画像データと、カメラユニット１０２毎に事前に画像データベース１１０の登録テーブル３００へ登録しておいた背景画像とを比較することで、事前に取得した背景画像には存在しない物体を抽出する処理である。

画像解析部１１１は、得られた背景差分（物体の画像）をもとに画像特徴量算出処理を行う（Ｓ２０３）。画像特徴量算出処理では、画像解析部１１１が抽出した動体２の画像を縦方向にＰ個に分割し、横方向にＱ個分割し、各領域の特徴量として、輝度Ｉ（ｘ，ｙ）を算出する（ｘ＝０…Ｐ−１，ｙ＝０…Ｑ−１）。画像解析部１１１は、得られた輝度Ｉ（ｘ，ｙ）の結果について画像データベース１１０の登録テーブル３００に登録されている画像との照合を行う（Ｓ２０４）。

図４は画像データベース１１０が保持する画像データの登録テーブル３００の一例を示す図である。登録テーブル３００は動体２の種類を格納する種別３０１と、画像データを格納する画像３０２と、画像データ内の動体２の向きを格納する方向３０３と、レーダーユニット１０１から照射されたレーダービームの反射電力３０４をひとつのエントリに含む。なお、動体２の方向３０３と反射電力３０４は、動体２の種別３０１毎に予め測定または設定した値である。なお、画像３０２の輝度Ｉ（ｘ，ｙ）を予め算出して登録テーブル３００に格納しておいてもよい。

次に、画像解析部１１１は、図３のステップＳ２０３の画像特徴量算出処理で得られた特徴量（輝度）と、各種画像３０２の中で最も類似性の高く、類似度が閾値以上の画像を動体２の画像として抽出する。画像解析部１１１で行われる類似度の算出方法は、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）や、ＳＡＤ（Sub of Absolute Difference）を用いることが出来る。

類似度をＳＳＤにて算出する場合、画像解析部１１１は、ステップＳ２０３で抽出した画像の輝度Ｉ（ｘ，ｙ）と、各種画像３０２をＩ（ｘ，ｙ）と同じ領域毎に分割して輝度を算出したＵ（ｘ，ｙ）との差を累積した結果を類似度Ｃとする。具体的には以下の（１）式より類似度Ｃを算出する。

画像解析部１１１は、類似度Ｃが所定の閾値以上の動体２をレーダービームの照射を回避する非走査対象として判定する。また、画像解析部１１１は、画像データベース１１０の登録テーブル３００を参照して、照合によって抽出された画像３０２に対応する方向３０３と反射電力３０４を取得する。

次に画像解析部１１１は、分析処理を実施する（Ｓ２０５）。分析処理では、画像解析部１１１が抽出した画像の位置（方向３０３）と縮尺率より非検出対象の動体位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の算出を行う。なお、縮尺率は、画像データから抽出した動体２と、画像データベース１１０の登録テーブル３００の画像３０２の大きさの比率である。また、動体位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）は、動体２の画像の中心とする。

動体位置は、画像解析部１１１が画像データの縮尺率に基づいてカメラユニット１０２から動体２までの距離を算出し、上記取得した画像の方向と、当該動体２を撮影したカメラユニット１０２の既知の位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を配置テーブル５から取得して算出すればよい。

画像解析部１１１は、各レーダーユニット１０１の座標を配置テーブル５から取得して、各レーダーユニットの位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と動体位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）より、２点間距離Ｌを次の（２）式によりを算出する。

そして、画像解析部１１１は、２点間距離Ｌが最も小さいレーダーユニット１０１を動体２に近接するレーダーユニット１０１として選択し、この２点間距離Ｌを、動体距離Ｒとして保持する。

画像解析部１１１は、上記の処理で算出した動体２の種類、動体位置、方向、動体距離Ｒ、反射電力を画像分析部１１２に送信する（Ｓ２０６）。

図５は、画像分析部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は図３の処理が完了すると開始される。

動体検出装置１０３の画像分析部１１２は、画像解析部１１１からの結果を受信する（Ｓ４０１）と、レーダーユニット１０１の受信電力の推定を実施する。レーダーユニット１０１の受信電力の推定値は、画像解析部１１１より得た動体距離Ｒと反射電力３０４から画像分析部１１２が算出する（Ｓ４０２）。具体的には以下の（３）式によって推定受信電力Ｐｖが算出される。

なお、上記（３）式において、Ｐｔｒｘは送信電力、Ｇは送信／受信アンテナ利得、σは反射電力３０４、τは送信機のデューティ・サイクル、Ｒは動体距離を用いて計算することが出来る。反射電力（３０４）σは非走査対象の動体２で反射されたレーダービームの電力の予測値である。

次に画像分析部１１２は、画像解析部１１１より得た非走査対象の動体２の位置情報、方向情報と、動体２の過去の位置情報より非走査対象の動体２の移動量を予測する（Ｓ４０３）。これは動体２の過去の位置情報と現在の位置情報の差分から推定を行うことが出来る。簡易的には過去と現在の移動距離を未来にも同等の移動を行うと推定することが可能であり、滑走路１上は行動が限られているため、過去の移動結果をデータベース化し、過去の履歴より推測することも可能である。

なお、画像分析部１１２は、画像解析部１１１が検出した物体が非走査対象の動体２の場合に、動体２の所定時間後（例えば、レーダーユニット１０１のカバーエリアの走査終了時）の予測位置を算出すればよい。

この移動量の予測はレーダーユニット１０１のレーダー走査開始時点と、レーダー走査完了時点の２つの時刻において、緯度と経度の情報を予測位置情報として算出する。レーダー制御装置１０４は、所定の周期（例えば、２秒）でレーダービームの走査を行っており、例えば、走査開始のタイミングで動体検出装置１０３に走査開始を示すトリガを送信することもできる。あるいは、所定の時間間隔で動体検出装置１０３とレーダー制御装置１０４の時計または走査開始のタイミングを同期させるようにしてもよい。

動体検出装置１０３は、所定の周期のレーダービームの照射タイミングと、検出した動体２の位置情報と方位情報から、カバーエリア５０におけるレーダー走査開始時の動体２の予測位置と、レーダー走査終了時の動体２の予測位置を動体情報として算出する。算出された動体情報（走査開始時緯度、走査開始時経度、走査終了時緯度、走査終了時経度）と反射電力を、画像分析部１１２はレーダー制御装置１０４のレーダー制御部１２０に通知する。

レーダー制御部１２０は全レーダーユニット１０１を管理しており、各レーダーユニット１０１において、スケジューリングを行う単位でカバーエリア５０をＮ個の走査エリアに分割して管理する（図８Ａ参照）。

走査エリアは必ずしもレーダーの１ビーム照射範囲と同等である必要は無く、レーダーの１ビーム照射よりも大きく、レーダーユニットのカバー範囲より狭い。レーダー制御装置１０４は、カバーエリア５０を分割した各走査エリアでビーム照射が完了する時間をＴとし、分割した走査エリアでビーム照射を行う区間（時間）をタイムスロットとして管理する。ひとつのレーダーユニット１０１がカバーエリア５０で、すべての走査エリアのビーム照射が完了する時間（周期）をＴａｌｌとすると、Ｔａｌｌ÷Ｔ＝タイムスロット数となる。例えば、ひとつの走査エリアでビーム照射が完了する時間Ｔ＝２秒とし、カバーエリアのビーム照射が完了する時間Ｔａｌｌ＝１６秒とした場合、タイムスロット数＝８となる。すなわち、タイムスロットは、カバーエリア５０でレーダービームを照射する周期を、走査エリアの数に応じて複数に分割した時間となる。

図８Ａは、レーダーユニット１０１がレーダービームを照射するカバーエリア５０を周方向の走査エリアに分割した一例を示す図である。図示の例では、ひとつのレーダーユニット１０１は、半円形のカバーエリアを有し、カバーエリア内を周方向に８等分したＮ＝８の走査エリア＃１〜＃８の例について説明を行う。

この例ではレーダー制御装置１０４は、周方向に走査エリア＃１〜＃８（７０１〜７０８）を分割し、レーダービームの照射制御を行う。この前提は送信アンテナブロック１３１と受信アンテナブロック１３３が水平方向に狭く、鉛直方向に広いビームを形成し、当該ビームを照射することで、カバーエリアの走査を行うことを前提とする。なお、本実施例のレーダーユニット１０１は、フェイズドアレイレーダー等で構成されて、走査エリア＃１〜＃８の位置と、ビームを照射するタイムスロットの順序を適宜変更可能であればよい。

レーダーユニット１０１からのカバーエリアは、複数の扇形の走査エリア＃１〜＃８（７０１〜７０８）に分割される。この場合は走査エリアを８分割したのでタイムスロット数は８個となる。

図８Ｂは、レーダーユニット１０１がレーダービームの走査を行うタイムスロットの一例を示す図である。図示の例では、１つのタイムスロットが２秒間隔でレーダーのビーム照射を実施して、カバーエリアを１６秒で走査する。レーダー制御装置１０４は、非走査対象の動体２の位置情報と反射電力に応じてタイムスロット＃１〜＃８毎にビーム照射を実施する走査エリア＃１〜＃８を割り当てる。

レーダー制御装置１０４は、後述するように、ひとつのタイムスロットにひとつの走査エリアを割り当てて、レーダービームの照射を実行する。

図９は、レーダービームを照射する走査エリアとタイムスロットの関係を設定したスケジューリングテーブル１５の一例を示す図である。レーダー制御部１２０はレーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎ毎に図９のスケジューリングテーブル１５を作成し、タイムスロットと位置予測結果、スケジューリング結果、送信電力を管理する。

スケジューリングテーブル１５は、タイムスロット番号１５１と、動体２の予測位置に対応する走査エリアを格納する動体位置予測結果１５２と、レーダービームを照射する走査エリアを格納するスケジューリング１５３と、当該走査エリアに照射するレーダービームの送信電力１５４と、をひとつのエントリに含む。

動体位置予測結果１５２は、動体情報から走査開始時緯度、走査開始時経度、走査終了時緯度、走査終了時経度を取得して各タイムスロットにおける非走査対象の動体２の位置（経度、緯度）を推定し、動体２の推定位置を含む走査エリアを動体位置予測結果１５２とする。または動体２の推定位置とレーダーユニット１０１を結ぶ線を含む走査エリアを動体位置予測結果１５２としてもよい。すなわち、走査エリア内に動体２が存在する場合と、走査エリアの延長上に動体２が存在する場合を同等に扱うようにしてもよい。なお、非走査対象の動体２の予測位置がレーダーユニット１０１から所定の閾値を超えて遠い場合には、受信電力Ｐｖが飽和することはないので動体位置予測結果１５２から除外してもよい。

図６は、レーダー制御装置１０４で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は動体検出装置１０３から動体情報と反射電力を受信したときに実行される。

レーダー制御部１２０は、動体検出装置１０３からの情報入力が行われると（Ｓ５０１）、非走査対象の動体位置が各レーダーユニットのどの走査エリアに該当するかを判定する（Ｓ５０２）。

例えば、レーダー制御部１２０は、画像分析部１１２より受信した走査開始時緯度と、走査開始時経度 がエリア＃７（７０７）内に該当し、走査終了時緯度と、走査終了時経度がエリア＃４（７０４）に該当する場合の動体位置予測結果１５２を図９に示す。

レーダー制御部１２０は、タイムスロット＃１、＃２にて動体２の予測位置はエリア＃７（７０７）、タイムスロット＃３、＃４にてエリア＃６（７０６）、タイムスロット＃５、＃６にてエリア＃５（７０５）、タイムスロット＃７、＃８にてエリア＃４（７０４）と予測し、この結果を図９のスケジューリングテーブル１５に格納する。この予測結果は予測誤差を想定して、ひとつのタイムスロット番号に複数の走査エリアを予測してもよい。

次に、レーダー制御部１２０は、レーダービーム照射のスケジューリング（Ｓ５０３）を行う。図７は、スケジューリング処理の一例を示すフローチャートである。レーダー制御部１２０は、スケジューリングの開始後、まず、時間軸の先頭となるタイムスロット＃１を選択する（Ｓ６０２）。

まず、レーダー制御部１２０は、スケジューリングテーブル１５の動体位置予測結果１５２を参照して、レーダーユニット１０１の１走査区間（カバーエリア）内に非走査対象の動体２が存在する走査エリア群αを抽出する（Ｓ６０３）。図９の例では動体２が存在すると予測された走査エリア＃４、＃５、＃６、＃７（７０４，７０５，７０６，７０７）が該当する。

次にレーダー制御部１２０は、走査エリア群αのうち、現在選択中のタイムスロットで非走査対象の動体２が存在しない走査エリア群βを抽出する（Ｓ６０４）。現在タイムスロット＃１のスケジューリングを行っているので、現在のタイムスロットは＃１、図９の例ではタイムスロット＃１に動体２が存在する走査エリアは７０７と推定しているため、走査エリア群βは走査エリア＃７（７０７）を除く、走査エリア＃４、＃５、＃６（７０４，７０５，７０６）となる。

次にレーダー制御部１２０は、走査エリア群βの中で、未割り当ての走査エリアがあるか否かを判定し（Ｓ６０５）、走査エリア群βの中で未割り当ての走査エリアが有る場合、当該走査エリアの１つを割り当てる（Ｓ６１２）。図９のタイムスロット＃１の例では走査エリア群βの走査エリア＃４、＃５、＃６（７０４，７０５，７０６）は全て未割り当てのため、当該走査エリアのうちの１つである＃６（７０６）を現在のタイムスロット＃１に割り当てる。

次にレーダー制御部１２０は、タイムスロット番号が最終タイムスロットと同一か否かを判定し（Ｓ６１３）、最終で無い場合はタイムスロット番号をインクリメントする（Ｓ６１４）。

図９のタイムスロット＃１の例では、タイムスロット＃１→＃２にインクリメントする。最終タイムスロットの場合はスケジューリング処理を終了し、図６の処理に戻る（Ｓ６１１）。

レーダー制御部１２０は、タイムスロット＃４までは、タイムスロット＃１と同様に走査エリア群βから割り当てを行い、タイムスロット＃２では走査エリア＃５（７０５）を割り当て，タイムスロット＃３では走査エリア＃４（７０４）を割り当て，タイムスロット＃４では走査エリア＃７（７０７）を割り当てる。

レーダー制御部１２０は、タイムスロット＃５以降は走査エリア群βの中で未割り当ての走査エリアが無くなったため、レーダーユニット１０１の１走査区間内に非走査対象の動体２が無い走査エリア群γを抽出する（Ｓ６０６）。

図９の例では走査エリア＃１、＃２、＃３、＃８（７０１，７０２，７０３，７０８）が該当する。走査エリア群γの中で未割り当ての走査エリア＃が有る場合（Ｓ６０７）、当該走査エリアの１つを割り当てる（Ｓ６１２）。図９のタイムスロット＃５の例では走査エリア＃１、＃２、＃３、＃８（７０１，７０２，７０３，７０８）が未割り当てのため、レーダー制御部１２０は当該走査エリアの１つである走査エリア＃８（７０８）の割り当てを実施する。

レーダー制御部１２０は、同様にタイムスロット＃６では走査エリア＃３（７０３）を割り当て、タイムスロット＃７では走査エリア＃２（７０２）を割り当て、タイムスロット＃８では走査エリア＃１（７０１）を割り当てる。レーダー制御部１２０は、タイムスロット＃８までのスケジューリングを完了すると最終タイムスロットまでのスケジューリングを完了したため（Ｓ６１３）、スケジューリング処理を完了して図６の処理に復帰する。

次にレーダー制御部１２０は、図６に戻って送信電力決定処理（Ｓ５０４）を行う。ステップＳ５０４では、レーダー制御部１２０が動体位置予測結果１５２とスケジューリング１５３の結果を基に、スケジューリングテーブル１５に送信電力の登録を行う。但し、図９の例では非走査対象の動体２にレーダービームを照射するタイムスロットが無いため、送信電力は最大のＴｍａｘにて走査することが出来る。

レーダー制御部１２０は、上記処理をレーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎ毎に行って、スケジューリングテーブル１５をそれぞれ生成し、レーダーユニット１０１にそれぞれ通知する（Ｓ５０５）。なお、レーダー制御部１２０は、監視対象の領域（滑走路１）に非走査対象の動体２が存在しない場合には、非走査対象が存在しないエリア群γ内で、走査エリア＃１〜＃８がタイムスロット＃１〜＃８に順次割り当てられる。

次にレーダーユニット１０１の送信電力を制限するスケジューリングテーブル１５の例を図１０で説明する。図１０の例では動体位置予測結果１５２がタイムスロット＃１〜＃８の全てで走査エリア＃７（７０７）となり、非走査対象の動体２の移動速度が遅い、または静止しているような条件となる。

非走査対象の動体２が存在する走査エリア群αは走査エリア＃７（７０７）となるが、現タイムスロットで非走査対象の動体２が存在しない走査エリア群βは存在しない。そのためレーダー制御部１２０は、非走査対象の動体２が存在しない走査エリア群γの走査エリア＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃８（７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０８）をタイムスロット＃１〜＃７に順次割り当てる。

そして、レーダー制御部１２０は、タイムスロット＃８にて走査エリア群γに該当する走査エリア＃が存在しなくなるため、現タイムスロット＃８に非走査対象の動体２が存在する走査エリア群σを抽出する（Ｓ６０８）。レーダー制御部１２０は、図１０の例では走査エリア群σは走査エリア＃７（７０７）となる。走査エリア群の中で未割り当ての走査エリア＃７が有るため（Ｓ６０９）、当該走査エリアの１つを現在のタイムスロット＃７に割り当てる（Ｓ６１２）。図１０の例ではタイムスロット＃８にて、非検出対象の動体２にレーダービームを照射することになるため、レーダーユニット１０１の電力低減を行う。レーダーユニット１０１の送信電力Ｔｌｏｗは以下の（４）式で実施する。

送信電力Ｔｌｏｗ ＝ Ｔｍａｘ− （Ｓ４０２で計算した推定受信電力Ｐｖ
−レーダーユニットの最大受信電力Ｒｍａｘ） …（４）

送信電力Ｔｌｏｗは動体によって反射した受信電力Ｐｖが、レーダーユニット１０１の最大電力を超えると想定される分を予め低減してレーダービームの照射を行う。すなわち、レーダーユニット１０１の最大受信電力から非走査対象の物体からの反射電力を差し引いた送信電力以下をレーダービームの出力とする。つまり、非走査対象の動体２の反射電力がレーダーユニット１０１で許容される最大受信電力Ｒｍａｘを超えない範囲に制限する。

スケジューリングが完了するとレーダー制御部１２０は、各レーダーユニット１０１−１〜１０１−ｎのユニット制御部１３０にスケジューリングテーブル１５の情報と、送信電力を指定したメッセージを送信する。

レーダーユニット１０１がメッセージを受信すると、次の走査タイミングでスケジューリングテーブル１５の情報（スケジューリング情報）に従ったビーム走査と、送信電力の制御情報を生成し、タイムスロット毎に送信アンテナブロック１３１に通知することで制御を行う。

送信アンテナブロック１３１は自在にビーム制御を行うためのアレイアンテナの様に複数のアンテナ素子を規則的に配列し、放射素子の振幅及び位相を電気的に制御することで、アンテナ指向性の制御を行うことが出来るアンテナを用いることが望ましい。送信信号は信号源１２１が生成した周波数を可変させた連続波を送波するＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated - Continuous Wave）の信号を生成し、送信機ブロック１３２に転送する。ＦＭ−ＣＷ信号はＩＦ（Intermediate Frequency）帯域で生成されて送信されるため、送信機ブロック１３２ではＩＦ帯域からＲＦ（Radio Frequency）帯域へのアップサンプリングを行い、送信アンテナブロック１３１に転送する。レーダーユニット１０１は、前述のスケジューリング情報に従ってＦＭ−ＣＷの送信を行うことで、所望の送信制御を実現することが出来る。

レーダーユニット１０１の送信信号（レーダービーム）は滑走路１上の動体および異物に反射した信号を受信アンテナブロック１３３が受信する。レーダー制御部１２０が生成したスケジューリング情報は受信アンテナブロック１３３にも伝えられる。

受信アンテナブロック１３３は、送信アンテナ１３１とのアイソレーションを考慮して、別ユニットとすることが望ましいが、アンテナ走査制御は送信アンテナブロック１３１と同様に行われる。受信アンテナブロック１３３がスケジューリング情報に従いＦＭ−ＣＷ信号の受信を行うと、受信結果を受信したアンテナ角情報と共に受信器ブロック１３４に転送する。受信器ブロック１３４ではＲＦ帯域からＩＦ帯域へのダウンサンプリングを実施し、信号処理部１２２に転送を行う。

信号処理部１２２では送信信号とのミキシングを行い、得られたビート信号をＦＦＴ解析することで得られた結果から、異物からの信号の受信強度、距離を判定することが出来る。信号処理部１２２は判定結果を検出処理部１２３に転送し、検出処理部１２３は滑走路の異物検知結果を動体検知結果と合わせてグラフィカルに入出力装置７７のディスプレイなどに表示することで、滑走路１の異物検知業務を支援することが出来る。

以上のように、実施例１によれば、レーダー制御部１２０は、レーダーユニット１０１のカバーエリアを複数の走査エリアに分割し、走査エリアに非検出対象の動体２の侵入が予測される場合には、当該走査エリア以外の走査エリアでレーダービーム照射を行うようにタイムスロット毎のスケジューリングを行う。そして、レーダー制御部１２０は、非検出対象の動体２の侵入が予測される走査エリアでレーダービームを照射する場合には、送信電力を低減してレーダーユニット１０１の受信器ブロック１３４の受信電力Ｐｖが許容可能な最大値を超えないように抑制する。これにより、レーダーユニット１０１の最大探知距離を増大しながら受信器ブロック１３４の飽和を抑制する技術を提供することを目的とする。

実施例１に示した空港での監視システムでは、レーダー反射断面積の大きい動体(飛行機、保守車両等)を非走査対象とし、非走査対象を避けるように、レーダービームの走査をスケジューリングする。スケジューリングの結果、非走査対象へのビーム照射が避けられない場合には、レーダーからの送信電力を低減することで、受信器ブロック１３４の飽和を回避する。

（１）レーダーユニット１０１の一走査の照射範囲を複数の走査エリアに分割し、照射時間を複数のタイムスロットに分割する。

（２）一走査の間に、非走査対象が、いつ（タイムスロット＃Ｔのとき）、どこ（エリア＃Ｎの位置）、に存在するかを推定する。推定結果は、スケジューリングテーブル１５で保持。

（３）タイムスロットの順に、レーダービームを照射する走査エリアのスケジューリングをする。

上記スケジューリングは、具体的には次の通りである。

フロー１:まず、レーダー制御部１２０は、走査期間内に非走査対象の動体２が存在する走査エリア群αを抽出。次に、走査エリア群αのうち、現タイムスロットで非走査対象が存在しない走査エリア群βを抽出。次に、走査エリア群βの中で未割当のエリアを、現タイムスロットでの走査エリアに設定する。

フロー２：レーダー制御部１２０は、走査エリア群βの中で未割当の走査エリアがなくなったら、他タイムスロットのうち、非走査対象が存在しない走査エリア群γを抽出。走査エリア群γの中で未割当の走査エリアを、現タイムスロットでの走査エリアに設定する。

フロー３：レーダー制御部１２０は、走査エリア群γの中で未割当の走査エリアがなくなったら、現タイムスロットに非走査対象が存在する走査エリア群σを抽出。走査エリア群σのうち、未割当の走査エリアを、現タイムスロットでの走査エリアに設定する。

スケジューリングの結果、非走査対象へのビーム照射が避けられない場合には、レーダーの送信電力を送信電力設定値−（受信電力予測値（受信電力Ｐｖ）−レーダーユニットの最大受信電力）に制限する。

上記フロー２よりも先にフロー１を行うことにより、走査エリアとして、他タイムスロットに非走査対象が存在する可能性のある走査エリアを、時間的に走査周期内の初期のタイムスロットへ優先的に割り当てることで、一走査の中にて非走査対象にビーム照射をする可能性を確実に低減できるのである。

なお、上記実施例１では、動体検出装置１０３が滑走路１に設けたカメラユニット１０２の画像を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、空港に設置された空港面探知レーダーＡＳＤＥ（Airport Surface Detection Equipment）が検出した動体２の座標や、航空機が送信する位置情報（例えば、ＡＤＳ−Ｂ：Automatic Dependent Surveillance - Broadcast）等を取得して、監視対象の滑走路１上で非走査対象となる動体２を検知するようにしてよい。

また、上記実施例１では、動体検出装置１０３とレーダー制御装置１０４を別体で構成した例を示したが、ひとつの装置としてもよい。この場合、動体検出部とレーダー制御部を有する監視装置が、レーダーユニット１０１とカメラユニット１０２を制御すればよい。

また、上記実施例１では、監視対象の領域を空港の滑走路１とした例を示したが、これに限定されるものではなく、道路や線路など、異物の検出が必要な面であればよい。

図１１は本発明の第２の実施例を示し、レーダーユニット１０１がカバーするカバーエリアを鉛直方向に分割した場合のエリアの一例を示す図である。その他の構成は、前記実施例１と同様である。

図１１では、レーダーユニット１０１の走査エリアを鉛直（Ｚ軸）方向に８分割した例である。この例では鉛直方向に走査エリア＃を分割し（８０１〜８０８）、制御を行う。この前提は送信アンテナブロック１３１と受信アンテナブロック１３３が鉛直方向に狭く、水平方向に広いレーダービームを形成し、このレーダービームを照射することで、鉛直方向で走査エリア＃の走査を行う。

この場合でもスケジューリングのアルゴリズムは図７に従い、走査エリア群α、β、γ、σを抽出し、順次タイムスロットに割り当てを行うことで、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

図１２は本発明の第３の実施例を示し、レーダーユニット１０１がカバーするカバーエリアを鉛直方向と周方向で分割した場合のエリアの一例を示す図である。その他の構成は、前記実施例１と同様である。

図１２では、走査エリアを鉛直方向と周方向で１６分割した例を示す。この例では周方向と、鉛直方向に走査エリアを分割し（９０１〜９１６）、制御を行う。この例では送信アンテナブロック１３１と受信アンテナブロック１３３が鉛直方向に狭く、水平方向に狭いビームを形成し、当該レーダービームを照射することで、走査エリアを順次走査する。

この場合でもスケジューリングアルゴリズムは図７に従い、走査エリア群α、β、γ、σを抽出し、順次タイムスロットに割り当てを行うことで、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、及び処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、及び機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１−１〜１０１−ｎ レーダーユニット
１０２−１〜１０２−ｍ カメラユニット
１０３ 動体検出装置
１０４ レーダー制御装置
１１０ 画像データベース
１１１ 画像解析部
１１２ 画像分析部
１２０ レーダー制御部
１３０ ユニット制御部
１３２ 送信器ブロック
１３４ 受信器ブロック

Claims (9)

1. 監視対象の領域に面して配置され、異物を検出するレーダーユニットと、
   前記監視対象の領域で物体を検出する動体検出部と、
   プロセッサとメモリを有して前記レーダーユニットを制御するレーダー制御部と、を含む監視システムであって、
   前記動体検出部は、
   前記監視対象の領域で物体を検知したときには当該物体の位置を検出し、当該物体が前記異物ではなく前記レーダーユニットのレーダービームの照射を回避する非走査対象であるか否かを判定し、前記非走査対象の物体の所定時間後の予測位置を算出し、
   前記レーダー制御部は、
   前記レーダービームを照射して前記異物を検出する前記レーダーユニットの走査領域を複数の走査エリアに分割し、前記走査領域でレーダービームを照射する周期を前記走査エリアの数に応じて複数に分割した区間をタイムスロットとし、前記タイムスロット毎にレーダービームを照射する前記走査エリアを割り当てるとともに、
   前記動体検出部が前記監視対象の領域で前記非走査対象の物体を検知したときには、当該物体の位置と、当該物体の所定時間後の予測位置に応じて、前記非走査対象の物体へのレーダービームの照射を避け、前記非走査対象の物体が存在しない走査エリアでレーダービームを照射するよう、前記タイムスロット毎の前記走査エリアの割り当てをスケジューリングし、前記走査領域における異物の検出を行うことを特徴とする監視システム。
2. 請求項１に記載の監視システムであって、
   前記動体検出部は、
   前記レーダーユニットのレーダー走査開始時点と、レーダー走査完了時点の２つの時刻における前記非走査対象の物体の予測位置を算出し、
   前記レーダー制御部は、
   前記レーダーユニットのレーダー走査開始時点と、レーダー走査完了時点の２つの時刻における前記非走査対象の物体の予測位置に基づいて前記スケジューリングを行うことを特徴とする監視システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の監視システムであって、
   前記レーダー制御部は、
   前記スケジューリングの結果、前記非走査対象の物体が存在する走査エリアへのレーダービームの照射が避けられない場合には、前記非走査対象の物体が存在する走査エリアを前記タイムスロットに割り当てて、当該タイムスロットにおけるレーダービームの出力を低減することを特徴とする監視システム。
4. 請求項３に記載の監視システムであって、
   前記レーダー制御部は、
   前記非走査対象の物体が存在する走査エリアでレーダービームの照射を行う前記タイムスロットでは、前記非走査対象の物体の反射電力がレーダーユニットで許容される最大受信電力を超えない範囲にレーダービームの出力を制限することを特徴とする監視システム。
5. 請求項１に記載の監視システムであって、
   前記レーダー制御部は、
   レーダービームを照射して物体を検出する前記レーダーユニットの走査領域の周方向で、複数の走査エリアに分割することを特徴とする監視システム。
6. 請求項１に記載の監視システムであって、
   前記動体検出部は、
   監視対象の領域に面して配置されたカメラを含み、当該カメラで撮影した画像データから前記物体を検出し、予め登録された非走査対象の物体の画像と前記画像データの比較を行うことを特徴とする監視システム。
7. プロセッサとメモリを有して監視対象の領域に面して配置され、異物を検出するレーダーユニットを制御するレーダー制御部と、前記監視対象の領域で物体を検出する動体検出部で前記監視対象の領域を監視する監視方法であって、
   前記動体検出部が、前記監視対象の領域で物体を検知したときには当該物体の位置を検出し、当該物体が前記異物ではなく前記レーダーユニットからのレーダービームの照射を回避する非走査対象であるか否かを判定し、前記非走査対象の物体の所定時間後の予測位置を算出する第１のステップと、
   前記レーダー制御部が、レーダービームを照射して前記異物を検出する前記レーダーユニットの走査領域を複数の走査エリアに分割し、前記走査領域でレーダービームを照射する周期を前記走査エリアの数に応じて複数に分割した区間をタイムスロットとして、前記タイムスロット毎にレーダービームを照射する前記走査エリアを割り当てる第２のステップとを含み、
   前記第２のステップは、
   前記動体検出部が前記監視対象の領域で前記非走査対象の物体を検知したときには、当該物体の位置と、当該物体の所定時間後の予測位置に応じて、前記走査領域における異物の検出を行うべく、前記非走査対象の物体へのレーダービームの照射を避け、前記非走査対象の物体が存在しない走査エリアでレーダービームを照射するよう、前記タイムスロット毎の前記走査エリアの割り当てをスケジューリングすることを特徴とする監視方法。
8. 請求項７に記載の監視方法であって、
   前記第１のステップは、
   前記レーダーユニットのレーダー走査開始時点と、レーダー走査完了時点の２つの時刻における前記非走査対象の物体の予測位置を算出し、
   前記第２のステップは、
   前記レーダーユニットのレーダー走査開始時点と、レーダー走査完了時点の２つの時刻における前記非走査対象の物体の予測位置に基づいて前記スケジューリングを行うことを特徴とする監視方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の監視方法であって、
   前記第２のステップは、
   前記非走査対象の物体が存在する走査エリアへのレーダービームの照射が避けられない場合には、前記非走査対象の物体が存在する走査エリアを前記タイムスロットに割り当てて、当該タイムスロットにおけるレーダービームの出力を低減することを特徴とする監視方法。

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