JP6785421B2 - 波浪計測装置及び物標探知装置 - Google Patents

Description

本発明は、波高等の波浪に関する情報を計測するための波浪計測装置、及びこの波浪計測装置を備えた物標探知装置に関する。

波浪に関する情報（例えば波高等）を計測可能な装置として、例えば特許文献１には、航空機に搭載されたレーザ光送信機及び受信機を用いた航空機用水面観測装置が開示されている。この装置によれば、波浪に関する情報として、波高、波の伝搬速度、波の伝搬方位等を観測することができる。

特開２００８−２０３１２３号公報

ところで、上述した装置は、航空機に搭載することが前提であり、ほぼ真上から水面に向かってレーザ光を照射することを想定している。すなわち、比較的水面に近い位置から斜め方向にレーザ光を照射することについては想定されていない。水面に対して斜め方向にレーザ光を照射した場合には波浪の谷間にレーザ光が届かないことがあり、その場合には波高等の波浪情報を正確に算出することができなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、水面に向かって斜め方向に送信波を送波する場合であっても、波浪に関する情報を正確に算出可能な波浪計測装置を提供することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る波浪計測装置は、波浪情報を計測する波浪計測装置であって、水面に対して斜め方向に送信波を送波する送波部と、前記送信波が、前記水面に生じた波浪で反射して帰来する反射波を受信波として受波する受波部と、前記受信波から得られる受信信号に基づき、前記送信波が前記波浪の谷部に到達しているか否かを判定する判定部と、前記判定部での判定結果に応じて前記波浪情報の算出手法を選択して前記波浪情報を算出する算出部と、を備えている。

（２）前記算出部は、前記波高を算出する対象である前記波浪の波頭に、前記送信波が送波される場合における前記波浪の波頭の位置を第１位置として定義し、前記算出部は、前記波浪情報として波高を算出する波高算出部を有し、前記波高算出部は、前記送信波が前記波浪の谷部に到達していないと前記判定部が判定した場合、前記送信波の送波位置の高さと、前記送波位置から前記第１位置までの距離とに基づいて、前記波高を算出する。

（３）前記波高算出部は、前記送波位置の高さと、前記送波位置から前記第１位置までの距離とに基づいて、前記波浪の波頭の高さを算出し、算出された該波頭の高さに所定の係数を乗算することにより前記波高を算出する。

（４）前記算出部は、前記送信波が前記波浪の谷部に到達していないと前記判定部が判定した場合に前記波高算出部が算出した前記波高に基づいて、前記波浪情報としての波速及び波長の少なくとも一方を算出する。

（５）前記算出部は、前記波高を算出する対象である前記波浪の谷部に、前記送信波が送波される場合における前記波浪の谷部の位置を第２位置として定義し、前記波高算出部は、前記送信波が前記波浪の谷部に到達していると前記判定部が判定した場合、前記送波位置から前記第１位置までの距離と、前記送波位置から前記第２位置までの距離とに基づいて、前記波高を算出する。

（６）前記算出部は、前記波高算出部によってそれぞれの前記波高が算出された複数の前記波浪の中から所定範囲内の波高を有する波浪を特定波浪として検出する特定波浪検出部、を更に有している。

（７）前記算出部は、前記特定波浪が到達する時刻を推定する特定波浪到来時刻推定部、を更に有している。

（８）前記波浪計測装置は、複数の前記送波部を備えている。

（９）前記送信波は、垂直方向、水平方向、或いは空間内に指定した任意の経路に沿って走査される。

（１０）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る物標探知装置は、少なくとも一部が水面から露出した物標を探知する物標探知装置であって、上述したいずれかの波浪計測装置と、前記波浪計測装置から各送波時刻で水面に対して斜め方向に送波された送信波の反射波に基づき、前記送信波の送波位置から該送信波の反射波が反射した箇所である反射点までの距離である反射点距離を測定する距離測定部と、前記送波時刻と各前記送波時刻に対応して得られた前記反射点距離と、で複数のサンプル点を特定し、該複数のサンプル点に基づいて検出された波浪波形から、所定の閾値以上離れた反射点距離を示すサンプル点を、物標に起因する信号として検出する物標検出部と、を備えている。

（１１）前記閾値は、前記複数のサンプル点のばらつき度合に基づいて設定される。

他の観点に係る物標探知装置は、少なくとも一部が水面から露出した物標を探知する物標探知装置であって、各送波時刻で水面に対して斜め方向に送波された送信波の反射波に基づき、前記送信波の送波位置から該送信波の反射波が反射した箇所である反射点までの距離である反射点距離を測定する距離測定部と、前記送波時刻と各前記送波時刻に対応して得られた前記反射点距離とで特定される複数のサンプル点に基づいて検出された波浪波形から所定の閾値以上離れた反射点距離を示すサンプル点を物標に起因する信号として検出する物標検出部と、を備えている。

他の観点に係る前記物標探知装置では、前記閾値が、前記複数のサンプル点のばらつき度合に基づいて設定される。

本発明によれば、水面に向かって斜め方向に送信波を送波する場合であっても、波浪に関する情報を正確に算出可能な波浪計測装置を提供できる。

本発明の実施形態に係るライダ装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。 図３（Ａ）は、時刻ｔ＝０のときの波浪の形状を模式的に示す図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す波浪の時刻ｔ＝ｔ_ａのときの形状を模式的に示す図である。 図３に示す波浪から得られた反射点距離変化波形を示す図である。 図５（Ａ）は、図３（Ａ）の波浪よりも高い波高を有する波浪の時刻ｔ＝０のときの形状を模式的に示す図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す波浪の時刻ｔ＝ｔ_ｂのときの形状を模式的に示す図である。 図５に示す波浪から得られた反射点距離変化波形を示す図である。 連続波の一部を拡大して示す波形であって、判定部によって抽出された判定対象波形を示す図である。 不連続波の一部を拡大して示す波形であって、判定部によって抽出された判定対象波形を示す図である。 時刻ｔ_１のときの波浪の形状と、時刻ｔ_１から所定時間が経過した時刻ｔ_２のときの波浪の形状とを模式的に示す図である。 変形例に係るライダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係るライダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係るライダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係るライダ装置の構成を示すブロック図である。 図１３に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。 波浪に物標が浮かんでいる状態を模式的に示す図である。 図１５に示す波浪及び物標から得られた反射点距離変化波形を構成する複数のサンプル点を、波浪波形検出部によって検出された波浪波形とともに示す図である。 図１５に示す波浪よりも波高が高い波浪に物標が浮かんでいる状態を模式的に示す図である。 図１７に示す波浪及び物標から得られた反射点距離変化波形を構成する複数のサンプル点を、波浪波形検出部によって検出された波浪波形とともに示す図である。 変形例に係るライダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 参考例に係るライダ装置の構成を示すブロック図である。 図２０に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るライダ装置１は、例えば一例として船舶としての自船に搭載され、該ライダ装置１が有するレーザ照射部３から水面へ向けて、送信波としてのレーザビームＬＢが照射される。そして、ライダ装置１は、前記レーザビームＬＢの反射波から得られた受信信号を処理することにより、詳しくは後述するように、波浪に関する情報である波浪情報（具体的には、波高、波長、周期、及び波速）を算出するように構成されている。すなわち、ライダ装置１は、上述のような波浪情報を計測可能な波浪計測装置として設けられている。

図１は、本発明の実施形態に係るライダ装置１の構成を示すブロック図である。ライダ装置１は、図１を参照して、パルス生成器２、レーザ照射部３（送波部）、分割鏡４、受信部５（受波部）、増幅部６、信号処理部１０、及び表示部７を有している。

パルス生成器２は、レーザ照射部３から照射されるパルス状のレーザビームＬＢ、の基となるパルス信号を生成し、その信号をレーザ照射部３へ出力する。

レーザ照射部３は、パルス生成器２で生成されたパルス信号に基づいて生成されるレーザビームＬＢを照射する。レーザ照射部３は、例えば一例として、該レーザ照射部３から照射されるレーザビームＬＢの水面への入射角がθ（但し、０＜θ＜９０°）となるように、船舶の船首部分に固定される。レーザ照射部３から照射されたレーザビームＬＢは、分割鏡４を介して水面へ入射する。レーザ照射部３からは、所定の送波時刻毎に、すなわち所定の時間間隔で、パルス状のレーザビームＬＢが照射される。なお、入射角θとは、鉛直方向に対するレーザビームＬＢの角度である。また、ここでは、レーザビームＬＢが照射される時間間隔が等間隔である例を挙げて説明したが、これに限らず、レーザビームＬＢが照射される時間間隔はランダムであってもよい。

なお、レーザ照射部３から照射されるレーザビームＬＢとしては、可視光を挙げることができるが、これに限らず、例えば紫外線、赤外線等であってもよい。また、本実施形態では、ライダ装置１に用いられる光源としてレーザを例に挙げて説明しているが、これに限らず、その他の光源、例えばＬＥＤを用いることもできる。

受信部５は、レーザ照射部３から照射されたレーザビームＬＢの水面からの反射波を、分割鏡４を介して受信する。受信部５で受信された反射波から得られる受信信号は、増幅部６によって増幅された後、信号処理部１０へ出力される。

信号処理部１０は、増幅部６から出力された受信信号を処理することにより、水面に生じる波浪に関する情報である波浪情報を算出し、当該波浪情報を表示部７へ出力する。信号処理部１０で算出される波浪情報としては、波高、周期、波長、波速、が挙げられる。信号処理部１０の具体的な構成については、詳しくは後述する。

表示部７は、例えば一例として、信号処理部１０によって算出された波浪情報が表示されるディスプレイである。表示部７には、波高、波の周期、波の波長、及び波速が数値等で表示される。

［信号処理部の構成］
図２は、信号処理部１０の構成を示すブロック図である。信号処理部１０は、図２に示すように、距離測定部１１、波形生成部１２、判定部１３、及び算出部１４を有している。

信号処理部１０は、ハードウェア・プロセッサ８（例えば、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）及び不揮発性メモリ等のデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部１０を、距離測定部１１、波形生成部１２等として機能させることができる。

距離測定部１１は、波速ｖ_ｗで進行する波浪に向かって送波されるパルス状のレーザビームＬＢが送波されてから受波されるまでの時間ｔに基づき、波浪におけるレーザビームＬＢが到達して反射される箇所（以下、その箇所を反射点と称する）までの距離を測定する。距離測定部１１は、所定の送波時刻毎に送波されたレーザビームＬＢの反射波から得られた受信信号毎に、波浪の反射点までの距離を測定する。具体的には、光速をｃとした場合、波浪の反射点までの距離ｄは、以下の式（１）により求めることができる。

［数１］
ｄ＝ｃｔ／２ …（１）

図３（Ａ）は、時刻ｔ＝０のときの波浪の形状を模式的に示す図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す波浪の時刻ｔ＝ｔ_ａのときの形状を模式的に示す図である。また、図４は、図３に示す波浪から得られた反射点距離変化波形を示す図である。また、図５（Ａ）は、図３（Ａ）の波浪よりも高い波高を有する波浪の時刻ｔ＝０のときの形状を模式的に示す図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す波浪の時刻ｔ＝ｔ_ｂのときの形状を模式的に示す図である。また、図６は、図５に示す波浪から得られた反射点距離変化波形を示す図である。但し、各図において、ｒは、自船（より詳しくは、レーザビームＬＢの照射部分）からの水平距離を示し、ｈは、水面（より詳しくは、波浪が生じていない場合における水面）を基準とした高さを示している。また、図３及び図５に示す波浪としては、自船に向かって波速ｖ_ｗで進行するｓｉｎ波を例示している。

図３から図６を参照して、波形生成部１２は、横軸を時刻ｔ、縦軸をレーザ照射部３におけるレーザビームＬＢの照射部分から反射点までの距離ｘとした座標上に、各送波時刻に対応して得られた反射点までの距離ｘの測定結果をプロットすることにより、反射点までの距離ｘの時間変化を示す波形である反射点距離変化波形を生成する。

波形生成部１２によって生成される波形は、図４に示すような波形と、図６に示すような波形とに分けることができる。図４は、反射点距離変化波形が連続的に繋がっている例である。これに対し、図６は、反射点距離変化波形において不連続な部分が形成されている例である。以下では、図４に示す連続的な波形を連続波Ｗａと称し、図６に示すように不連続な部分を有する波形を不連続波Ｗｂと称する。

連続波Ｗａは、図３及び図４を参照して、以下のような状況下において観測される。具体的には、レーザビームＬＢが波浪の波頭Ｐｔだけでなく、波浪の谷部Ｐｂにも到達するような状況下において観測される。この状況は、レーザビームＬＢの水面に対する入射角をθ、波高をＨとした場合において、Ｈ≦２／ｔａｎθ、又はθ≦ａｔａｎ（２／Ｈ）の条件が成り立つときに発生する。すなわち、連続波Ｗａは、レーザビームＬＢの入射角θが小さい場合、又は波高Ｈが低い場合に得られやすい。

不連続波Ｗｂは、図５及び図６を参照して、以下のような状況下において観測される。具体的には、レーザビームＬＢが前側の波浪（具体的には、レーザ照射部３に近い側の波浪）によって遮られ、前側の波浪と後側の波浪との谷部Ｐｂまで到達できないような状況下において観測される。この状況は、Ｈ＞２／ｔａｎθ、又はθ＞ａｔａｎ（２／Ｈ）の条件が成り立つときに発生する。すなわち、不連続波Ｗｂは、レーザビームＬＢの入射角θが大きい場合、又は波高Ｈが高い場合に得られやすい。

図７は、連続波Ｗａの一部を拡大して示す波形であって、判定部１３によって抽出された判定対象波形を示す図である。また、図８は、不連続波Ｗｂの一部を拡大して示す波形であって、判定部１３によって抽出された判定対象波形を示す図である。

判定部１３は、波形生成部１２によって生成された反射点距離変化波形が、連続波Ｗａ及び不連続波Ｗｂのいずれであるかを判定する。具体的には、判定部１３は、例えば一例として、反射点距離変化波形の一部を抽出し、その抽出された波形を判定対象波形とする。そして、判定部１３は、判定対象波形を構成する全てのサンプル点を対象として、時間方向（具体的には、図７及び図８におけるｔ方向）に隣接する２つのサンプル点のｘ方向の差である隣接距離差Δｄを算出し、その距離差Δｄを閾値Ｔｈｒと比較する。そして、判定部１３は、全ての隣接距離差Δｄが閾値Ｔｈｒ以下の場合、その判定対象波形が連続波Ｗａであると判定する。一方、判定部１３は、１つでも閾値Ｔｈｒを超える隣接距離差Δｄが含まれる判定対象波形については、不連続波Ｗｂであると判定する。例えば、図７に示す判定対象波形の場合、全ての隣接距離差Δｄが閾値Ｔｈｒ未満であるため、当該判定対象波形は連続波Ｗａであると判定される。一方、図８に示す判定対象波形の場合、閾値Ｔｈｒ以上となる隣接距離差Δｄが存在するため、当該判定対象波形は不連続波Ｗｂであると判定される。

算出部１４は、波高算出部１５と、周期算出部１６と、波速算出部１７と、波長算出部１８とを有している。

波高算出部１５は、判定部１３での判定結果に応じて、異なる算出式を用いて波浪の波高Ｈを算出する。具体的には、波高算出部１５は、判定対象波形が連続波Ｗａであると判定された波浪については、式（２）を用いて波高Ｈを算出する。一方、波高算出部１５は、判定対象波形が不連続波Ｗｂであると判定された波浪については、式（３）を用いて波高Ｈを算出する。

［数２］
Ｈ＝Δｘ_ｍａｘ・ｓｉｎθ …（２）

［数３］
Ｈ＝α×（ｈ_１−ｘ_ｍｉｎ・ｃｏｓθ） …（３）

但し、図３から図６を参照して、Δｘ_ｍａｘは、距離検出結果の最大値ｘ_ｍａｘと最小値ｘ_ｍｉｎとの差であり、ｈ１は、水面を基準としたレーザ照射部３の高さであり、ｘ_ｍｉｎは、距離検出結果の最小値である。また、αは所定の係数であり、本実施形態では、平均水面から波浪の波頭Ｐｔまでの距離と、平均水面から波浪の谷部Ｐｂまでの距離が同じであると仮定して、α＝２の値を用いている。なお、検出距離結果の最大値ｘ_ｍａｘは、図３（Ｂ）を参照して、波浪の谷部ＰｂがレーザビームＬＢと交わる位置である第２位置Ｐ２に到達した時における、レーザビームＬＢの照射位置とその位置Ｐ２との間の距離である。また、距離検出結果の最小値ｘ_ｍｉｎは、図３（Ａ）及び図５（Ａ）を参照して、波浪の波頭ＰｔがレーザビームＬＢと交わる位置である第１位置Ｐ１に到達した時における、レーザビームＬＢの照射位置とその位置Ｐ１との間の距離である。

周期算出部１６は、波浪の波頭Ｐｔ_１から、次の波浪の波頭Ｐｔ_２までの時間を計測し、その時間を波浪の周期Ｔとして算出する。

波速算出部１７は、波高算出部１５によって算出された波高Ｈを用いて波速ｖ_ｗを算出する。具体的には、図９を用いて以下で詳しく説明する。

図９は、時刻ｔ_１のときの波浪の形状と、時刻ｔ_１から所定時間が経過した時刻ｔ_２のときの波浪の形状とを模式的に示す図である。図９を参照して、波浪の形状がｓｉｎ波であると仮定し、レーザビームＬＢの高さ位置ｈ_１から反射点を結ぶ直線の傾きをａ、波浪の初期位相をφとすると、以下の式（４）及び式（５）が成り立つ。

［数４］
Ｈ／２×ｓｉｎ（２πｆ（ｒ_１＋ｖ_ｗｔ_１）＋φ）＝ａ×ｒ_１＋ｈ_１ …（４）

［数５］
Ｈ／２×ｓｉｎ（２πｆ（ｒ_２＋ｖ_ｗｔ_２）＋φ）＝ａ×ｒ_２＋ｈ_１ …（５）

上述した式（４）及び式（５）において、波高Ｈは波高算出部１５によって算出された値を用いることができる。また、ｒ_１、ｒ_２、ｔ_１、ｔ_２、ａ、及びｈ_１は明らかであり、φも初期位相として既知である。よって、式（４）及び式（５）の連立方程式を解くことにより、未知数である波速ｖ_ｗを算出することができる。

波長算出部１８は、周期算出部１６で算出された周期Ｔと、波速算出部１７で算出された波速ｖ_ｗとを乗算することにより、波浪の波長λを算出する。

ところで、波高の算出手法として、波浪における最も位置が高い点（すなわち、波浪の波頭Ｐｔ）と、波浪における最も位置が低い点（すなわち、波浪の谷部Ｐｂ）とを観測することができれば、波高Ｈは、式（２）に示す式を用いて幾何的に容易に導出することができる。しかし、波浪の谷部Ｐｂを観測することができない場合、式（２）を用いて波高Ｈを算出することができない。具体的には、図５（Ｂ）を参照して、水面に対してレーザビームＬＢが斜め方向に照射される場合において、上述したＨ＞２／ｔａｎθ、又はθ＜ａｔａｎ（２／Ｈ）が成り立つとき、＋印で示す箇所にレーザビームＬＢが届かず、波浪の谷部Ｐｂを観測することができない。

この点につき、本実施形態に係る波高算出部１５によれば、波浪の谷部Ｐｂを直接的に観測できなくても、波高Ｈを精度良く推定することができる。具体的には、波高算出部１５によれば、式（３）を用いることにより、波高Ｈを精度良く推定することができる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係るライダ装置１では、水面に対して斜め方向に入射したレーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達しているか否かが判定される。そして、ライダ装置１では、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達している場合には、波高Ｈが式（２）を用いて算出される一方、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達していない場合には、波高Ｈが式（３）を用いて算出される。このように、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達しているか否かに応じて算出手法を適切に選択することにより、波浪の波高Ｈを適切に算出することができる。

従って、ライダ装置１によれば、水面に向かって斜め方向に送信波を送波する場合であっても、波浪に関する情報を正確に算出することができる。

また、ライダ装置１では、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達していない場合には、レーザ照射部３の高さｈ_１と、該レーザ照射部３の位置から第１位置Ｐ１までの距離ｘ_ｍｉｎとに基づいて、波高Ｈが算出される。これにより、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達していない場合であっても、波高Ｈを精度よく算出できる。

また、ライダ装置１では、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達していない場合には、まず、レーザ照射部３の高さｈ_１と、該レーザ照射部３の位置から第１位置Ｐ１までの距離ｘ_ｍｉｎとに基づいて、平均水面を基準とした波頭の高さが算出され、その高さに所定の係数αが乗算されることにより波高Ｈが算出される。このように、ライダ装置１では、波高Ｈが、平均水面から第１位置Ｐ１までの距離に基づいて算出されるため、波高Ｈを適切に算出できる。

また、ライダ装置１では、上述した係数αを２として波高Ｈを算出している。これにより、波浪の形状がトロコイド波或いはｓｉｎ波と仮定した場合において、波高Ｈを容易に算出することができる。

また、ライダ装置１では、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達していない場合に式（３）を用いて算出された波高Ｈに基づき、波速ｖ_ｗ及び波長λが算出される。これにより、波速ｖ_ｗ及び波長λを正確に算出することができる。

また、ライダ装置１では、レーザビームＬＢが波浪の谷部Ｐｂに到達している場合には、レーザビームＬＢの送波位置から第１位置Ｐ１までの距離と、レーザビームＬＢの送波位置から第２位置Ｐ２までの距離とに基づいて波高Ｈを算出しているため、波高Ｈをより正確に計測できる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）図１０は、変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ａの構成を示すブロック図である。本変形例に係るライダ装置によれば、詳しくは後述するが、所定範囲内の波高を有する波浪である特定波浪の検出と、該特定波浪の自船への到達予測時刻の推定とが可能である。

本変形例の算出部１４ａは、上記実施形態の算出部１４が有する各構成要素に加えて、特定波浪検出部１９及び特定波浪到達時刻推定部２０を更に有している。以下では、上記実施形態と異なる点について説明し、その他については説明を省略する。

特定波浪検出部１９は、波高算出部１５によって波高が算出された波浪の波高Ｈが所定範囲内にあるか否かを判定する。そして、特定波浪検出部１９は、波高Ｈがその範囲内であった場合、その波高を有する波浪を特定波浪として検出する。本実施形態では、特定波浪検出部１９は、波高Ｈを所定の閾値と比較し、波高Ｈがその閾値以上であった場合、その波高Ｈ（＝Ｈ_ｈｉｇｈ）を有する波浪を特定波浪として検出する。

特定波浪到達時刻推定部２０は、特定波浪検出部１９によって検出された特定波浪が自船に到達する時刻である特定波浪到達時刻ｔ_ｈｉｇｈを推定する。具体的には、特定波浪到達時刻推定部２０は、検出された特定波浪の波速ｖ_ｗと、自船を基準とした特定波浪の位置とに基づき、特定波浪到達時刻ｔ_ｈｉｇｈを算出する。

表示部７には、例えば一例として、上述のようにして検出された特定波浪の波高Ｈ_ｈｉｇｈ及び特定波浪到達時刻ｔ_ｈｉｇｈが表示される。

以上のように、本変形例によれば、自船の周囲に特定波浪があるか否かを検出することができる。また、本変形例によれば、特定波浪到達時刻ｔ_ｈｉｇを推定することができる。そうすると、その特定波浪（例えば波高が高い波浪）を回避するように自船の航行ルートを変更することが可能となるため、船舶を安全に航行することができる。

（２）図１１は、変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。上記実施形態では、ライダ装置１が搭載された自船が停止していることを前提として波浪情報を算出したが、本変形例によれば、自船が航行している場合であっても、上述した各波浪情報を算出することができる。

本変形例の算出部１４ｂは、上記実施形態の算出部１４と比べて、波速算出部１７が省略された構成となっている。その代わりに、本変形例の信号処理部１０ｂは、相対波速算出部２１と、補正部２２とを有している。

相対波速算出部２１は、上記実施形態の波速算出部１７と同様、式（４）及び式（５）を用いて波速を算出する。しかし、本変形例の場合、自船が航行しているため、相対波速算出部２１で算出される波速は、航行する自船に対する波浪の波速である相対波速である。

補正部２２は、相対波速算出部２１で算出された相対波速を補正して、波浪の波速ｖ_ｗを算出する。具体的には、補正部２２は、相対波速算出部２１で算出された相対波速を自船速度で減算することにより、波速ｖ_ｗを算出する。なお、自船速度は、船速計等を用いて計測することができる。

以上のように、本変形例によれば、自船が航行している最中であっても、水面に向かって斜め方向に送波される送信波から得られる反射波に基づき、波浪に関する情報を正確に算出することができる。

（３）図１２は、変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ｃの構成を示すブロック図である。本変形例によれば、自船が動揺する場合であっても、波浪情報を正確に算出することができる。以下では、自船が縦揺れ（ピッチング）する場合と、自船が上下動（ヒービング）する場合を例に挙げて説明する。また、以下では、レーザビームＬＢが自船の船首方向に対して斜め下方向へ照射されている例を挙げて説明する。

本変形例の算出部１４ｃの波高算出部１５ａは、上記実施形態の波高算出部１５と動作が異なる。波高算出部１５ａは、図３及び図５を参照して、レーザ照射部３の高さ位置ｈ_１をヒーブ値で補正し（具体的には、高さ位置ｈ_１からヒーブ値を減算し）、その補正値をレーザ照射部３の高さ位置として、式（３）を用いて波高Ｈを算出する。

また、波高算出部１５ａは、図３及び図５を参照して、レーザ照射部３の入射角θをピッチ角で補正し（具体的には、入射角θからピッチ角を減算し）、その補正値を入射角として、式（２）及び式（３）を用いて波高Ｈを算出する。

波速算出部１７ａは、図９を参照して、レーザ照射部３の高さ位置ｈ_１をヒーブ値で補正し（具体的には、高さ位置ｈ_１からヒーブ値を減算し）、その補正値をレーザ照射部３の高さ位置として、式（４）及び式（５）を用いて波速ｖ_ｗを算出する。

また、波速算出部１７ａは、図９を参照して、レーザ照射部３の入射角θをピッチ角で補正し（具体的には、入射角θからピッチ角を減算し）、その補正値を入射角として傾きａを求め、その傾きａを用いて波速ｖ_ｗを算出する。

以上のように、本変形例によれば、自船が動揺する場合であっても、波浪に関する情報を正確に算出することができる。

（４）上述した実施形態では、平均水面から波頭Ｐｔまでの距離と、平均水面から波浪の谷部Ｐｂまでの距離とが同じであると仮定し、式（３）における係数αを２としたが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、海底の深さ等に応じてαを変動させてもよい。

（５）上述した実施形態では、入射角θが固定された１つのレーザ照射部３を用いてライダ装置１を構成したが、これに限らない。具体的には、互いに入射角が異なる複数のレーザビームＬＢを形成してもよく、或いは、垂直方向にレーザ照射部３をスキャン（走査）させて入射角θを変化させながら波浪情報を算出してもよい。上記実施形態の場合、１つの波浪がレーザビームＬＢを横切るまで次の波浪の波浪情報を算出することができない。これに対して、複数のレーザビームＬＢを形成した場合、或いはレーザ照射部３を垂直方向にスキャンさせた場合、複数の波浪の波浪情報を高速で算出することができる。更に、複数のレーザビームＬＢを形成する場合、それぞれの入射角θを、各レーザ照射部３からのレーザビームＬＢが別々の波浪を測定可能な値に設定することにより、２つ以上の波浪を個別に測定でき、波長λ、波速ｖ_ｗ等をより高精度に求めることができる。

（６）上述した実施形態では、１つの水平方向を向いたレーザ照射部３を用いてライダ装置１を構成したが、これに限らない。具体的には、互いに方位方向が異なる複数のレーザビームＬＢを形成してもよく、或いは、レーザ照射部３を方位方向にスキャンさせて方位方向を変化させながら波浪情報を算出してもよい。これにより、２次元的な波浪のスペクトル等を算出することができる。また、互いに方位方向が異なる複数のレーザビームＬＢを同時に照射することにより、或いはレーザ照射部３を方位方向に高速でスキャンすることにより、波浪の２次元的なスペクトルをリアルタイムで得ることができる。

なお、レーザ照射部３をスキャンする際の手法としては、光源そのものを動かしてもよく、或いは光源を固定してミラー等の光学素子を動かしてもよい。また、複数のレーザビームＬＢを形成する際の手法としては、光源そのものを複数設置してもよく、或いは光源をレーザビームＬＢの本数よりも少なくし、ミラー等の光学素子でレーザビームを分けてもよい。

また、レーザビームＬＢをスキャンする方向は、上述した水平方向、垂直方向に限らず、レーザビームＬＢを、空間内に指定した任意の経路（例えば螺旋状の経路）に沿ってスキャンさせてもよい。

（７）上記実施形態では、個々の波浪について、波高Ｈ等の波浪情報を算出したが、これに限らず、個々の波浪に関する波浪情報をデータとして蓄積し、そのデータの統計値を算出してもよい。これにより、波浪のスペクトル、有義波高Ｈ_１／３、及び有義周期Ｔ_１／３等を算出することができる。

（８）上記実施形態では、レーザ照射部３を船舶に設置する例を挙げて説明したが、これに限らず、他の箇所、例えば陸上に設置することもできる。

（９）図１３は、変形例に係るライダ装置１ａの構成を示すブロック図である。また、図１４は、図１３に示す信号処理部１０ｄの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るライダ装置１ａは、上記実施形態で説明した波浪計測装置として機能するとともに、波浪とは異なる物標であって少なくとも一部が水面から露出している物標を探知可能な物標探知装置としても機能する。

例えば、レーダ装置では、レーザビームよりも波長が長くビーム幅が広い電磁波（例えば電波）が送波されるため、大型船等の大きな物標を探知することができる。しかしながら、波浪の谷間に隠れてしまうような小さな物標（例えばブイ、流木等）については探知が非常に困難、或いは探知の際の条件に制約が多い。この点につき、本変形例に係るライダ装置１ａによれば、以下で詳しく説明するように、波浪の谷間に隠れてしまうような小さな物標についても探知することができる。

本変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ｄは、上記実施形態に係るライダ装置１の信号処理部１０が備える各構成要件の他に、波浪波形検出部２３と、物標検出部２４とを有している。以下では、上記実施形態の信号処理部１０と異なる点について主に説明し、その他については説明を省略する。

図１５は、波浪に物標Ｔｇが浮かんでいる状態を模式的に示す図である。また、図１６は、図１５に示す波浪及び物標Ｔｇから得られた反射点距離変化波形を構成する複数のサンプル点を、波浪波形検出部２３によって検出された波浪波形Ｗｆとともに示す図である。また、図１７は、図１５に示す波浪よりも波高が高い波浪に物標Ｔｇが浮かんでいる状態を模式的に示す図である。また、図１８は、図１７に示す波浪及び物標Ｔｇから得られた反射点距離変化波形を構成する複数のサンプル点を、波浪波形検出部２３によって検出された波浪波形Ｗｆとともに示す図である。

波浪波形検出部２３は、反射点距離変化波形を構成する複数のサンプル点から、波浪に起因する波形である波浪波形Ｗｆを検出する。具体的には、波浪波形検出部２３は、例えば一例として、反射点距離変化波形を構成する複数のサンプルを用いて、最小二乗法等に基づいて波浪波形Ｗｆを検出する。

物標検出部２４は、図１６及び図１８を参照して、反射点距離変化波形を構成する各サンプル点と、波浪波形とを比較する。具体的には、物標検出部２４は、各サンプル点が示す反射点距離ｘと、該反射点距離ｘが得られた時刻ｔのときの波浪波形が示す反射点距離ｘの値との差Δｘを算出し、その値Δｘと予め記憶されている閾値Ｔｈｒ_Δｘとを比較する。そして、物標検出部２４は、その差Δｘが閾値Ｔｈｒ_Δｘよりも大きい場合には、その反射点距離ｘを示すサンプル点を、物標に起因する信号として検出する。図１６に示す例の場合には、サンプル点ＳＰ１〜ＳＰ３が物標に起因する信号であるとして検出され、図１８に示す例の場合には、サンプル点ＳＰ４〜ＳＰ６が物標に起因する信号であるとして検出される。

表示部７では、例えば一例として、物標検出部２４によって検出された物標のエコーにマーキングが施されたＰＰＩ表示のエコー画像が表示される。

ところで、図１５及び図１７を参照して、本実施形態で例示した探知対象物標Ｔｇは、波浪の波高よりも小さな物標である。このような小さな物標は、送信波として電波が用いられるレーダ装置での探知が困難である。

この点につき、本変形例に係るライダ装置１ａによれば、波浪の波高よりも小さな物標であっても、上述のようにして探知することができる。これにより、本変形例によれば、比較的小さな物標を探知することができる。

（１０）図１９は、変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ｅの構成を示すブロック図である。図１９を参照して、本変形例に係るライダ装置の信号処理部１０ｅは、図１４に示すライダ装置１ａの信号処理部１０ｄが有する構成要素の他に、ばらつき度合算出部２５と、閾値設定部２６とを有している。

ばらつき度合算出部２５は、波浪波形検出部２３によって検出された波浪波形を基準とした、サンプル点のばらつき度合を算出する。具体的には、例えば一例として、図１６を参照して、図１６に示す反射点距離変化波形を構成する各サンプル点と波浪波形との差分に基づき、サンプル点のばらつき度合を算出する。

閾値設定部２６は、ばらつき度合算出部２５で算出されたばらつき度合に基づき、閾値Ｔｈｒ_Δｘの値を設定する。具体的には、例えば一例として、閾値設定部２６は、ばらつき度合が大きい場合には閾値Ｔｈｒ_Δｘを大きな値に設定し、ばらつき度合が小さい場合には、閾値Ｔｈｒ_Δｘを小さな値に設定する。

以上のように、本変形例によれば、反射点距離変化波形を構成する各サンプル点のばらつき度合に基づいて閾値Ｔｈｒ_Δｘを設定している。これにより、物標を検出するための閾値を適切に設定することができるため、より正確に物標を検出することができる。

（１１）図２０は、参考例に係るライダ装置１ｂの構成を示すブロック図である。また、図２１は、図２０に示す信号処理部１０ｆの構成を示すブロック図である。本参考例に係るライダ装置１ｂは、波浪とは異なる物標であって少なくとも一部が水面から露出している物標を物標として探知可能な物標探知装置として設けられている。ライダ装置１ｂは、図２０を参照して、パルス生成器２、レーザ照射部３、分割鏡４、受信部５、増幅部６、信号処理部１０ｅ、及び表示部７を有している。これらのうち、パルス生成器２、レーザ照射部３、分割鏡４、受信部５、増幅部６、及び表示部７については、上記実施形態に係るライダ装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

信号処理部１０ｆは、図２１を参照して、距離測定部１１、波形生成部１２、波浪波形検出部２３、及び物標検出部２４を有している。これらの構成及び動作については、上記実施形態、及び図１４を用いて説明した変形例の場合と同様であるため、その説明を省略する。

以上のように、本参考例に係るライダ装置１ｂによれば、図１３に示すライダ装置１ａの場合と同様、比較的小さな物標を探知することができる。

上記実施形態では、表示部７を備えるライダ装置１を例に挙げて説明したが、これに限らず、表示部７の代わりに出力部を備えたライダ装置を構成してもよい。出力部は、信号処理部１０によって算出された各波浪情報を例えば外部機器へ出力するためのインターフェース（例えばコネクタ）である。本変形例によれば、ライダ装置によって正確に算出された波浪情報を外部機器で利用することが可能となる。

１ ライダ装置（波浪計測装置）
１ａ ライダ装置（波浪計測装置、物標探知装置）
１ｂ ライダ装置（物標探知装置）
３ レーザ照射部（送波部）
５ 受信部（受波部）
１３ 判定部
１４ 算出部
ＬＢ レーザビーム（送信波）

Claims (11)

1. 波浪情報を計測する波浪計測装置であって、
   水面に対して斜め方向に送信波を送波する送波部と、
   前記送信波が、前記水面に生じた波浪で反射して帰来する反射波を受信波として受波する受波部と、
   前記受信波から得られる受信信号に基づき、前記送信波が前記波浪の谷の底部に到達しているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部での判定結果に応じて前記波浪情報の算出手法を選択して前記波浪情報を算出する算出部と、
   を備えていることを特徴とする、波浪計測装置。
2. 請求項１に記載の波浪計測装置において、
   前記算出部は、前記波浪情報を算出する対象である前記波浪の波頭に、前記送信波が送波される場合における前記波浪の波頭の位置を第１位置として定義し、
   前記算出部は、前記波浪情報として波高を算出する波高算出部を有し、
   前記波高算出部は、前記送信波が前記波浪の谷の底部に到達していないと前記判定部が判定した場合、前記送信波の送波位置の高さと、前記送波位置から前記第１位置までの距離とに基づいて、前記波高を算出することを特徴とする、波浪計測装置。
3. 請求項２に記載の波浪計測装置において、
   前記波高算出部は、前記送波位置の高さと、前記送波位置から前記第１位置までの距離とに基づいて、前記波浪の波頭の高さを算出し、算出された該波頭の高さに所定の係数を乗算することにより前記波高を算出することを特徴とする、波浪計測装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の波浪計測装置において、
   前記算出部は、前記送信波が前記波浪の谷の底部に到達していないと前記判定部が判定した場合に前記波高算出部が算出した前記波高に基づいて、前記波浪情報としての波速及び波長の少なくとも一方を算出することを特徴とする、波浪計測装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の波浪計測装置において、
   前記算出部は、前記波浪情報を算出する対象である前記波浪の谷の底部に、前記送信波が送波される場合における前記波浪の谷の底部の位置を第２位置として定義し、
   前記波高算出部は、前記送信波が前記波浪の谷の底部に到達していると前記判定部が判定した場合、前記送波位置から前記第１位置までの距離と、前記送波位置から前記第２位置までの距離とに基づいて、前記波高を算出することを特徴とする、波浪計測装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の波浪計測装置において、
   前記算出部は、前記波高算出部によってそれぞれの前記波高が算出された複数の前記波浪の中から所定範囲内の波高を有する波浪を特定波浪として検出する特定波浪検出部、を更に有していることを特徴とする、波浪計測装置。
7. 請求項６に記載の波浪計測装置において、
   前記算出部は、前記特定波浪が到達する時刻を推定する特定波浪到来時刻推定部、を更に有していることを特徴とする、波浪計測装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の波浪計測装置において、
   複数の前記送波部を備えていることを特徴とする、波浪計測装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の波浪計測装置において、
   前記送信波は、垂直方向、水平方向、或いは空間内に指定した任意の経路に沿って走査されることを特徴とする、波浪計測装置。
10. 少なくとも一部が水面から露出した物標を探知する物標探知装置であって、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の波浪計測装置と、
    前記波浪計測装置から各送波時刻で水面に対して斜め方向に送波された送信波の反射波に基づき、前記送信波の送波位置から該送信波の反射波が反射した箇所である反射点までの距離である反射点距離を測定する距離測定部と、
    前記送波時刻と各前記送波時刻に対応して得られた前記反射点距離と、で複数のサンプル点を特定し、該複数のサンプル点に基づいて検出された波浪波形から、所定の閾値以上離れた前記反射点距離を示すサンプル点を、物標に起因する信号として検出する物標検出部と、
    を備えていることを特徴とする、物標探知装置。
11. 請求項１０に記載の物標探知装置において、
    前記閾値は、前記複数のサンプル点のばらつき度合に基づいて設定されることを特徴とする、物標探知装置。
    
    

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