JP7324296B2 - レーダーシステム - Google Patents

Description

本発明は、レーダー装置を使用して撤去の必要がある物体を検出するレーダーシステムに関する。

マイクロ波やミリ波帯などを用いたレーダー装置として、例えば、図１のような構造のＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous-Wave）レーダー装置がある。
図１のレーダー装置１００は、ＦＭＣＷ送信源１０１からの周波数変調されたレーダー信号を、送信電力増幅器１０３で増幅し、送信アンテナ１０４から発射する。レーダー装置１００の検出範囲内に物体Ｔ（反射物）が存在する場合には、レーダー送信波が物体Ｔで反射される。物体Ｔからの反射波は、レーダー装置１００の受信アンテナ１０５で受信され、受信電力増幅器１０６で増幅された後、電力分配器１０２からの送信レーダー信号成分と混合器１０７によってミキシングされ、ＩＦ信号に変換される。混合器１０７から出力されたＩＦ信号は、信号処理部１０８でＡ／Ｄ変換及び信号処理される。その結果として、物体Ｔによる反射受信電力（反射波電力）、物体Ｔまでの距離、物体Ｔの方位、また、物体Ｔが移動している場合の速度（レーダー装置１００に対する相対速度）等のレーダー検出結果が得られる。

このようなレーダー装置に関し、これまでに種々の発明が提案されている。
例えば、特許文献１には、移動体にミリ波レーダーを設置し、目標位置の近くにそれぞれ設置された第１の反射体と第２の反射体との間の距離と、これら反射体からの反射波の受信結果に基づいて、目標位置までの距離を測定する発明が開示されている。

国際公開２０１７／０１８０２１号

レーダー装置の使用用途として、道路や滑走路などの路面上に存在する物体を検出する用途がある。道路や滑走路上には通常、落下物や放置物などの反射物は存在しない。そのため、レーダー装置は、反射物が存在しない検出範囲に対してレーダー送信波を送り続け、何らかの反射物が検出範囲内に現れた場合にのみ受信波（反射波）が得られ、その物体が検出される。

しかしながら、レーダー装置により検出された物体の寸法が小さい場合、物体の色が路面と類似色の場合、夜間や霧で周囲が見えにくい場合、雨天で路面が濡れている若しくは路面で降雨が跳ねている場合などでは、物体を目視で確認することは困難であり、現場での捜索に時間がかかってしまう。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、レーダー装置により検出された物体を作業者が効率よく見つけ出せるように支援するレーダーシステムを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、レーダーシステムを以下のように構成した。
すなわち、本発明に係るレーダーシステムは、所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置と、前記レーダー装置により移動しない第１の物体が検出されると共に、前記レーダー装置により移動する第２の物体が検出された場合に、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を計算する計算装置と、前記計算装置により算出された距離を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記出力装置は、前記第１の物体の撤去に向かう作業者に携帯され、又は、前記第１の物体の撤去に向かう車両に搭載されるように構成してもよい。

また、前記計算装置は、前記第１の物体が検出された第１の時刻と前記第２の物体が検出された第２の時刻とが異なる場合に、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を、前記第１の時刻と前記第２の時刻との時間差と、前記第１の時刻における前記第１の物体の位置と前記第２の時刻における前記第２の物体の位置との間の距離と、前記第２の物体について設定された移動速度とに基づいて算出するように構成してもよい。

また、前記計算装置は、第１のレーダー装置により前記第１の物体が検出されると共に、前記第１のレーダー装置とは異なる第２のレーダー装置により前記第２の物体が検出された場合に、前記第１のレーダー装置による検出結果と前記第２のレーダー装置による検出結果とに基づいて、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を算出するように構成してもよい。

また、本発明に係るレーダーシステムは、前記レーダー装置により検出された前記第１の物体の位置を示す光を照射する照光器を備えるように構成してもよい。

また、前記照光器は、前記第１の物体の位置を中心としたエリアに光を照射するように構成してもよい。

また、前記照光器は、前記第１の物体の位置を中心とした線分の両端、又は前記第１の物体の位置を中心とした多角形の各頂点に光を照射するように構成してもよい。

また、本発明に係るレーダーシステムは、前記第１の物体の位置を含むエリア又は前記光の照射位置を含むエリアを撮影するカメラ装置と、前記カメラにより撮影された映像を表示する表示装置とを更に備えるように構成してもよい。

本発明によれば、レーダー装置により検出された物体を作業者が効率よく見つけ出せるように支援するレーダーシステムを提供することができる。

レーダー装置の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るレーダーシステムの概要を示す図である。 落下物とその撤去に向かう移動体との距離を算出する第１の方法を説明する図である。 落下物とその撤去に向かう移動体との距離を算出する第２の方法を説明する図である。 落下物を検出したレーダー装置と落下物の撤去に向かう移動体を検出したレーダー装置とが異なる場合の例を示す図である。 図２に示したレーダーシステムの拡張例を示す図である。 落下物を中心としたエリアに光を照射する例を示す図である。 落下物を中心としたエリアの四隅に光を照射する例を示す図である。

本発明の一実施形態に係るレーダーシステムについて、図面を参照して説明する。
図２には、本発明の一実施形態に係るレーダーシステムの概要を示してある。本例のレーダーシステムは、所定の検出範囲Ｒにレーダー送信波を発射するレーダー装置１００と、制御室や監視室などに設置されたレーダー監視装置２００および表示装置２２０と、作業員が乗る車両Ｍに搭載された出力装置３００とを備えている。図２では、レーダー装置１００を１台のみ示しているが、それぞれ異なる検出範囲Ｒを有する複数台のレーダー装置１００を設置してもよい。

レーダー装置１００は、検出範囲Ｒに対して送信したレーダー送信波の反射波を受信し、信号処理した結果をレーダー監視装置２００に出力する。レーダー監視装置２００は、レーダー装置１００から出力されたデータに基づいて、検出範囲Ｒ内に存在する物体Ｘ（落下物や放置物）の検出情報を表示装置２２０に表示させる。

レーダー装置１００の検出範囲Ｒは道路や滑走路などの路面上の所定区間であり、レーダー装置１００のアンテナ角度は検出範囲Ｒを包含するように設定される。レーダー装置１００から物体Ｘまでの距離は、物体Ｘからの反射波を信号処理することで算出することができる。また、レーダー装置１００のアンテナが機械的に回転している場合は、アンテナの回転角度情報に基づいて、レーダー装置１００に対する物体Ｘの角度（方位）を特定することができる。或いは、レーダー装置１００のアンテナから発射するレーダー送信波のビームの角度が電子的に走査されている場合は、ビームの走査角度情報に基づいて、レーダー装置１００に対する物体Ｘの角度（方位）を特定することができる。

このように、レーダー装置１００を使用することで、検出範囲Ｒ内に物体Ｘが存在する場合に、レーダー装置１００に対する物体Ｘの距離及び角度を得ることができる。物体Ｘを路面上から撤去する場合には、撤去に向かう作業者に対して、物体Ｘの位置を適切に知らせる必要がある。その手法の一つとして、レーダー装置１００から得られた距離及び角度の情報をもとに算出された検出範囲Ｒ内での物体Ｘの座標を、作業者に対して通知する手法がある。これにより、作業者は、通知された座標を目指して移動することで、物体Ｘの位置に近づくことができる。

しかしながら、作業者は、通知された座標に到着した後は、その周辺にある物体Ｘを目視で探し出す必要がある。このとき、物体Ｘの寸法が小さい場合、物体Ｘの色が路面と類似色の場合、夜間や霧で周囲が見えにくい場合、雨天で路面が濡れている若しくは路面で降雨が跳ねている場合などでは、物体を目視で確認することは困難である。

そこで、本例のレーダー監視装置２００は、レーダー装置１００から得られた距離及び角度の情報をもとに、物体Ｘが存在する位置の座標を算出するだけでなく、物体Ｘと物体Ｘに向かって移動する移動体（例えば、作業者やその作業者が乗る車両など）との間の距離を算出する。つまり、レーダー監視装置２００は、レーダー装置１００により移動しない第１の物体（物体Ｘ）が検出されると共に、レーダー装置１００により移動する第２の物体（作業者や車両などの移動体）が検出された場合に、これら物体間の距離を算出する。そして、算出された距離を、作業員が乗る車両Ｍに搭載された出力装置３００へ送信し、出力装置３００から出力させることで、作業者が物体Ｘを効率よく見つけ出せるように支援する。

出力装置３００は、専用の装置として実現してもよいし、車両Ｍに搭載されたカーナビゲーションなどの他の装置を利用して実現してもよい。また、車載型の出力装置３００に代えて、作業者が持ち運び可能な携帯端末を出力装置３００として用いてもよい。レーダー監視装置２００による算出結果の距離は、無線通信等の通信手段を用いて出力装置３００に伝送される。図３には、車両Ｍに搭載された出力装置３００により、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を表示出力した様子を示してある。出力装置による距離の出力は、図３のように表示出力する態様に限られず、他の態様による出力（例えば、音声出力）でも構わない。

次に、落下物Ｘとその撤去に向かう車両Ｍとの距離を算出する方法について、図３を参照して説明する。ここでは、レーダー装置１００により、物体Ｘに対する距離及び角度の情報と、車両Ｍに対する距離及び角度の情報とが、同時刻に得られた場合を想定して説明する。

レーダー装置１００により検出された物体Ｘとレーダー装置１００との間の距離をＤ２とする。また、レーダー装置１００により検出された車両Ｍとレーダー装置１００との間の距離をＤ１とする。また、レーダー装置１００と物体Ｘを結ぶ直線と、レーダー装置１００と車両Ｍを結ぶ直線とが形成する角度をθとする。この場合、物体Ｘと車両Ｍの間の距離Ｄ３は、一般的に知られる下記（式１）で算出することが可能である。
Ｄ３＾２＝Ｄ１＾２＋Ｄ２＾２－２×Ｄ１×Ｄ２×ｃｏｓθ （式１）
ここで、記号「＾」は、累乗の演算を示す。

なお、上記（式１）は一例に過ぎず、他の計算式を用いて距離Ｄ３を算出することも可能である。例えば、レーダー装置１００で得られた物体Ｘに対する距離及び角度の情報に基づいて物体Ｘの座標を算出し、レーダー装置１００で得られた車両Ｍに対する距離及び角度の情報に基づいて車両Ｍの座標を算出し、これらの座標から距離Ｄ３を計算してもよい。

上記の距離計算方法は、物体Ｘに対する距離及び角度の情報と、車両Ｍに対する距離及び角度の情報とが同時刻に得られた場合を想定したものだが、これらを同時刻に取得できない場合がある。例えば、レーダー装置１００のアンテナが機械的に回転している場合や、レーダー装置１００のアンテナから発射するレーダー送信波のビームの角度が電子的に走査されている場合である。これらの場合には、アンテナの回転やビームの走査に要した時間において車両Ｍの位置が変化してしまうので、車両Ｍの移動を考慮して距離を算出する必要がある。

落下物Ｘとその撤去に向かう車両Ｍとの間の距離を、車両Ｍの移動を考慮して算出する方法について、図４を参照して説明する。ここでは、レーダー装置１００のアンテナが回転する方向が、車両Ｍが先に検出され、その後に物体Ｘが検出される方向である場合について説明する。

まず、時刻Ｔ１において、レーダー装置１００により車両Ｍが検出され、車両Ｍまでの距離Ｄ１が得られたとする。その後、時刻Ｔ２において、レーダー装置１００により物体Ｘが検出され、物体Ｘまでの距離Ｄ２が得られたとする。このときの時間差をΔＴ（＝Ｔ２－Ｔ１）とし、時間差ΔＴの間にアンテナが回転した角度をθとする。車両Ｍが物体Ｘに向かって速度Ｖで移動しているとすると、時間差ΔＴの間に車両Ｍは距離Ｖ×ΔＴだけ物体Ｘに近づいたことになる。したがって、時刻Ｔ１における車両Ｍの位置と時刻Ｔ２における物体Ｘの位置との間の距離をＤ３’とすると、距離Ｄ３’から距離Ｖ×ΔＴを差し引くことで、車両Ｍの移動を考慮した距離Ｄ３を算出することができる。

なお、距離計算に使用する速度Ｖは、一定の速度を予め設定しておいてもよいし、距離に応じて変化する速度（例えば、距離が小さいほど遅い速度）の算出式や変換テーブルを予め用意しておき、距離Ｄ３’に応じた速度Ｖを得るようにしてもよい。また、速度Ｖとして、車両Ｍの速度計等によって測定された実際の速度を用いてもよい。

また、距離の計算、計算した距離の出力装置３００への送信、出力装置３００による距離の表示などの処理にある程度の時間を要する場合には、その間の車両Ｍの移動を更に考慮して、車両Ｍと物体Ｘの間の距離Ｄ３を算出してもよい。具体的には、例えば、物体Ｘ及び車両Ｍの両方が検出された時刻（つまり、遅い方の検出時刻）と出力装置３００による距離の表示時刻との時間差を予め想定しておき、その間に車両Ｍが移動した距離を算出し、上記の距離Ｄ３’から更に差し引くようにしてもよい。

これまで、１台のレーダー装置により物体Ｘと車両Ｍの両方が検出された場合について説明したが、図５に示すように、物体Ｘと車両Ｍがそれぞれ異なるレーダー装置により検出されることもあり得る。図５では、検出範囲Ｒ１を監視するレーダー装置１００－１により車両Ｍが検出され、検出範囲Ｒ１に隣接する検出範囲Ｒ２を監視するレーダー装置１００－２により物体Ｘが検出されている。

この場合、レーダー監視装置２００は、レーダー装置１００－１から得られた距離及び角度の情報をもとに、車両Ｍが存在する位置の座標（ｘ１，ｙ１）を算出し、レーダー装置１００－２から得られた距離及び角度の情報をもとに、物体Ｘが存在する位置の座標（ｘ２，ｙ２）を算出する。そして、これらの座標に基づいて、車両Ｍと物体Ｘの間の距離を算出し、出力装置３００に送信して出力させるようにすればよい。

以上のように、本例のレーダーシステムは、レーダー監視装置２００が、レーダー装置１００により移動しない物体Ｘが検出されると共に、レーダー装置１００により移動する車両Ｍが検出された場合に、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を算出し、出力装置３００が、レーダー監視装置２００により算出された距離を出力するように構成されている。

このような構成により、車両Ｍに乗って物体Ｘの撤去に向かう作業者は、出力装置３００を通じて、物体Ｘまでの距離を知ることができる。したがって、作業者は、物体Ｘへ近づいていく段階においては、物体Ｘまでの距離をほぼリアルタイムに把握できる。このため、例えば、物体Ｘまでの距離が１００ｍのときは、捜索範囲はまだ先なので、作業員は物体Ｘの存在を気にせずに移動することができる。また、物体Ｘまでの距離が１０ｍ、５ｍと次第に小さくなって捜索範囲が間近になると、作業員は物体Ｘの存在に注意しながら近づくことができる。更に、物体Ｘの寸法が小さい場合、物体Ｘの色が路面と類似色の場合、夜間や霧で周囲が見えにくい場合、雨天で路面が濡れている若しくは路面で降雨が跳ねている場合などでも、作業者は物体Ｘまでの距離を予め知ることができるので、捜索範囲をある程度絞って作業することが可能になる。このように、本例のレーダーシステムによれば、レーダー装置１００により検出された物体Ｘを作業者が効率よく見つけ出せるように支援することができる。

また、本例では、レーダー監視装置２００が、車両Ｍが検出された時刻Ｔ１と物体Ｘが検出された時刻Ｔ２とが異なる場合に、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２との時間差ΔＴと、時刻Ｔ１における車両Ｍの位置と時刻Ｔ２における物体Ｘの位置との間の距離と、車両Ｍについて設定された移動速度Ｖとに基づいて算出するように構成されている。したがって、レーダー装置１００のアンテナの回転やビームの走査に要した時間における車両Ｍの移動を考慮して、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を算出することができる。つまり、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離をより正確に算出することができる。

また、本例では、レーダー監視装置２００が、レーダー装置１００－１により車両Ｍが検出されると共に、レーダー装置１００－２により物体Ｘが検出された場合に、レーダー装置１００－１による検出結果とレーダー装置１００－２による検出結果とに基づいて、物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を算出するように構成されている。したがって、それぞれの検出範囲Ｒが異なる複数のレーダー装置１００を備える場合に、これらを連動させて物体Ｘと車両Ｍとの間の距離を算出できるので、システム全体としての検出範囲を拡大することができる。

ここで、上記の説明では、作業者が車両Ｍに乗って物体Ｘの位置まで移動する場合を例にしたが、作業者が徒歩で物体Ｘの位置まで移動する場合にも、本発明を適用することが可能である。この場合には、速度Ｖとして、一般的な歩行速度を設定しておけばよい。

次に、上述したレーダーシステムの拡張例について説明する。
図６には、図２に示したレーダーシステムを拡張した構成の概要を示してある。同図のレーダーシステムは、第１実施例（図２）の構成に加え、レーダー装置１００の検出範囲Ｒを撮影可能なカメラ装置４００と、レーダー装置１００の検出範囲Ｒを取り囲むように設置された複数台の照光器５００（図６では、照光器５００－１～５００－６の６台）とを備えている。カメラ装置４００及び照光器５００は、レーダー監視装置２００と通信可能に接続されている。照光器５００としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明やレーザー光などの、ある程度の指向性を持つ光を照射するものが用いられる。なお、カメラ装置４００及び照光器５００はレーダー装置１００の架台に設置されても良く、本発明において設置位置は限定されない。

本拡張例のレーダー監視装置２００は、検出範囲Ｒ内で検出された物体Ｘの座標を算出し、その座標の位置又は周辺に光が照射されるように照光器５００を制御する（図７、図８参照）。したがって、本拡張例のレーダーシステムによれば、作業者は、照光器５００から照射された光を頼りにして物体Ｘの捜索を行えるようになる。なお、検出範囲Ｒが別の照明や直射日光により照らされている場合を考慮して、レーザーポインターのような高輝度の光を照射できる照光器５００を用いることが好ましい。

図７には、物体Ｘの位置に最も近い照光器５００－６から、物体Ｘの位置を中心としたエリアに光を照射する例を示してある。この場合、光の照射エリア内に物体Ｘが存在することになるので、作業員は、光の照射エリア内で捜索を行えば済むようになる。

図８には、物体Ｘの位置に近い４つの照光器５００－２，５００－３，５００－５，５００－６から、物体Ｘを中心としたエリアの四隅に光を照射する例を示してある。この場合、４つの光が形成する四角形の中心に物体Ｘが存在することになるので、作業員は、この四角形の中心付近を注意して捜索すればよい。なお、物体Ｘを中心とした他の多角形（例えば、三角形や五角形）の各頂点に光を照射するようにしてもよい。また、物体Ｘの位置を中心とした線分の両端に光を照射するようにしてもよい。

ここで、図７のように、物体Ｘを含むエリアに光を照射する場合には、光の照射エリア内に物体Ｘが含まれていることを映像で確認できるようにしてもよい。すなわち、レーダー監視装置２００は、検出範囲Ｒ内で検出された物体Ｘの座標を含むエリアの撮影を行うようにカメラ装置４００を制御する。そして、カメラ装置４００により撮影された映像を、表示装置２２０に表示させる。これにより、光の照射エリア内に物体Ｘが存在することを事前に確認できるようになるので、物体Ｘの捜索の困難性を低減させることが可能となる。なお、作業者が物体Ｘを捜索する際の手掛かりとなるように、カメラ装置４００により撮影された映像を出力装置３００にも表示させるようにしてもよい。また、カメラ４００で物体Ｘの検出位置を含むエリアを撮影する構成に代えて、カメラ４００で光の照射位置を含むエリアを撮影するように構成してもよい。また、図８のように、物体Ｘを中心とした複数位置に光を照射する場合にも同様に、カメラ４００で物体Ｘの検出位置を含むエリア又は光の照射位置を含むエリアを撮影し、表示装置２２０（及び出力装置３００）に表示させるように構成してもよい。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記のような構成に限定されるものではなく、上記以外の構成により実現してもよいことは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式をプロセッサやメモリ等のハードウェア資源を有するコンピュータにより実現するためのプログラム、そのようなプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

本発明は、レーダー装置を使用して撤去の必要がある物体を検出するレーダーシステムに利用することができる。

１００：レーダー装置、 １０１：ＦＭＣＷ送信源、 １０２：電力分配器、 １０３：送信電力増幅器、 １０４：送信アンテナ、 １０５：受信アンテナ、 １０６：受信電力増幅器、 １０７：混合器、 １０８：信号処理部、 ２００：レーダー監視装置、 ２２０：表示装置、 ３００：携帯表示端末、 ４００：カメラ装置、 ５００：照光器

Claims (7)

1. 所定の検出範囲内に存在する物体を検出するレーダー装置と、
   前記レーダー装置により移動しない第１の物体が検出されると共に、前記レーダー装置により移動する第２の物体が検出された場合に、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を算出する計算装置と、
   前記計算装置により算出された距離を出力する出力装置とを備え、
   前記出力装置は、前記第１の物体の撤去に向かう作業者に携帯され、又は、前記第１の物体の撤去に向かう車両に搭載されたものであり、
   前記第２の物体は、前記作業者又は前記車両であることを特徴とするレーダーシステム。
2. 請求項１に記載のレーダーシステムにおいて、
   前記計算装置は、前記第１の物体が検出された第１の時刻と前記第２の物体が検出された第２の時刻とが異なる場合に、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を、前記第１の時刻と前記第２の時刻との時間差と、前記第１の時刻における前記第１の物体の位置と前記第２の時刻における前記第２の物体の位置との間の距離と、前記第２の物体について設定された移動速度とに基づいて算出することを特徴とするレーダーシステム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のレーダーシステムにおいて、
   前記計算装置は、第１のレーダー装置により前記第１の物体が検出されると共に、前記第１のレーダー装置とは異なる第２のレーダー装置により前記第２の物体が検出された場合に、前記第１のレーダー装置による検出結果と前記第２のレーダー装置による検出結果とに基づいて、前記第１の物体と前記第２の物体との間の距離を算出することを特徴とするレーダーシステム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーダーシステムにおいて、
   前記レーダー装置により検出された前記第１の物体の位置を示す光を照射する照光器を更に備えたことを特徴とするレーダーシステム。
5. 請求項４に記載のレーダーシステムにおいて、
   前記照光器は、前記第１の物体の位置を中心としたエリアに光を照射することを特徴とするレーダーシステム。
6. 請求項４に記載のレーダーシステムにおいて、
   前記照光器は、前記第１の物体の位置を中心とした線分の両端、又は前記第１の物体の位置を中心とした多角形の各頂点に光を照射することを特徴とするレーダーシステム。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のレーダーシステムにおいて、
   前記第１の物体の位置を含むエリア又は前記光の照射位置を含むエリアを撮影するカメラ装置と、
   前記カメラ装置により撮影された映像を表示する表示装置とを更に備えたことを特徴とするレーダーシステム。

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