JP7464436B2

JP7464436B2 - 物標識別装置及び物標識別プログラム

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Publication number: JP7464436B2
Application number: JP2020075924A
Authority: JP
Inventors: 廣憲土屋; 晃板倉; 直哉平木
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: JP2021173574A

Description

本開示は、物標の種類（例えば、鳥の群れ等）を識別するレーダ技術に関する。

鳥とヘリコプターとを識別するレーダ技術が、特許文献１等に開示されている。ここで、特許文献１では、物標距離及び反射強度に基づいて、鳥とヘリコプターとを識別する。

特開２００５－２３３７６３号公報

しかし、特許文献１では、最終的には人間の目視に基づいて、鳥とヘリコプターとを識別するため、自動的にはバードストライクを防止することができなかった。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（鳥の群れ等）を自動的に識別することを目的とする。

前記課題を解決するために、レーダ反射信号から抽出された反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかに基づいて、様々な移動する物標の種類（鳥の群れ等）を自動的に識別することとした。

具体的には、本開示は、レーダ反射信号から、反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出部と、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布、前記速度分布及び前記速度分散分布の少なくともいずれかに基づいて、レーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別部と、を備えることを特徴とする物標識別装置である。

また、本開示は、レーダ反射信号から、反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出ステップと、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布、前記速度分布及び前記速度分散分布の少なくともいずれかに基づいて、レーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別ステップと、を順にコンピュータに実行させるための物標識別プログラムである。

これらの構成によれば、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（鳥の群れ等）を自動的に識別することができる。具体的には、以下に記載の処理を実行する。

また、本開示は、前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布が、空間的に一様でないとともに時間的に変化することに基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れによるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

この構成によれば、鳥の群れが３次元的に一様に分布しないとともに翼を運動させることに基づいて、レーダ技術を用いて、鳥の群れを他の物標と識別することができる。

また、本開示は、前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことに基づいて、レーダ反射信号がクラッタによるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

この構成によれば、クラッタが２次元的にほぼ一様に分布することに基づいて、レーダ技術を用いて、クラッタを他の物標と識別することができる。

また、本開示は、前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記速度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、前記速度分布中の速度の大きさと、に基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れ及びクラッタのいずれによるものかを識別することを特徴とする物標識別装置である。

この構成によれば、鳥の群れが３次元的にクラスタを形成すること、クラッタ（海上の海波及び地上の樹木等）がほぼ一様に進行すること、鳥の群れとクラッタとが異なる速度を有することに基づいて、鳥の群れとクラッタとを識別することができる。

また、本開示は、前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記速度分散分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、前記速度分散分布中の速度分散の大きさと、に基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れ及びクラッタのいずれによるものかを識別することを特徴とする物標識別装置である。

この構成によれば、個々の鳥がほぼ同様に翼を運動させること、個々のクラッタ（海上の海波及び地上の樹木等）がほぼ同様な特性を有すること、鳥の群れとクラッタとが異なる速度分散を有することに基づいて、鳥の群れとクラッタとを識別することができる。

また、本開示は、前記物標識別部は、鳥の群れによるものと識別したレーダ反射信号が、静止物標を除去する速度フィルタにより除去されたときに、前記速度フィルタにより鳥の群れが除去された時点の鳥の群れの位置をレーダ表示装置に出力する、又は、前記速度フィルタにより鳥の群れが除去される直前の鳥の群れによるものと識別したレーダ反射信号を前記レーダ表示装置に出力することを特徴とする物標識別装置である。

この構成によれば、鳥の群れが着地着水したときにレーダ表示されなくても、鳥の群れの位置をマーカ表示することにより、鳥の群れが飛び立つときに備えることができる。

このように、本開示は、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（鳥の群れ等）を自動的に識別することができる。

本開示のレーダシステムの設置を示す図である。本開示のレーダシステムの構成を示す図である。本開示の物標識別処理の手順を示す図である。本開示の鳥の群れの物標識別処理の内容を示す図である。本開示のクラッタの物標識別処理の内容を示す図である。本開示のその他の物標識別処理の内容を示す図である。本開示の鳥の群れの着地着水処理の内容を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示のレーダシステムの設置を図１に示す。図１の左欄では、レーダシステムは、陸上局Ｌに設置される。図１の右欄では、レーダシステムは、ドローンＤに設置される。図１の左右欄では、レーダシステムは、様々な移動する物標の種類（例えば、鳥の群れＢ、海波Ｗ、地面Ｇ、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ及び船舶Ｓ等）を識別する。

本開示のレーダシステムの構成を図２に示す。レーダシステムＲは、レーダ送受信装置１、物標識別装置２及びレーダ表示装置３を備える。物標識別装置２は、パラメータ抽出部２１及び物標識別部２２を備える。物標識別装置２は、図３に示した物標識別プログラムをコンピュータにインストールすることにより実現することができる。

レーダ送受信装置１は、レーダ照射信号を送信し、レーダ反射信号を受信する。物標識別装置２は、様々な移動する物標の種類（例えば、鳥の群れＢ、海波Ｗ、地面Ｇ、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ及び船舶Ｓ等）を識別する。レーダ表示装置３は、様々な移動する物標の位置を表示するとともに、様々な移動する物標の種類を表示してもよい。

本開示の物標識別処理の手順を図３に示す。パラメータ抽出部２１は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から、反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを抽出する（ステップＳ１）。物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかに基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する（ステップＳ２）。具体的には、以下に記載の処理を実行する。

本開示の鳥の群れの物標識別処理の内容を図４に示す。鳥の群れＢは、３次元的に一様に分布しないとともに翼を運動させる。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布は、空間的に一様でないとともに時間的に変化する。図４の左欄では、面フィルタで抽出された反射強度≠０の広い領域において、反射強度＝１～５が空間的に一様に分布せず時間的に変化する。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布が、空間的に一様でないとともに時間的に変化することに基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号が鳥の群れＢによるものと識別する。

このように、鳥の群れＢが３次元的に一様に分布しないとともに翼を運動させることに基づいて、鳥の群れＢを他の物標と識別することができる。

そして、鳥の群れＢは、３次元的にクラスタを形成する。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分布は、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しない。また、鳥の群れＢの速度は、クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等、図４の中欄と図５の中欄とを比較）の速度と比べて一般的に大きいと考えられる。図４の中欄では、面フィルタで抽出された速度≠０の広い領域において、速度＝２が空間的にほぼ一様に分布し時間的にほぼ変化しない。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、速度分布中の速度が比較的大きいことと、に基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号がクラッタではなく鳥の群れＢによるものと識別する。

このように、鳥の群れＢが３次元的にクラスタを形成すること、鳥の群れＢの速度が比較的大きいことに基づいて、鳥の群れＢを他の物標と識別することができる。

さらに、個々の鳥は、ほぼ同様に翼を運動させる。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散分布は、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しない。また、鳥の群れＢの速度分散は、クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等、図４の右欄と図５の右欄とを比較）の速度分散と比べて一般的に大きいと考えられる。図４の右欄では、面フィルタで抽出された速度分散≠０の広い領域において、速度分散＝３が空間的にほぼ一様に分布し時間的にほぼ変化しない。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、速度分散分布中の速度分散が比較的大きいことと、に基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号がクラッタではなく鳥の群れＢによるものと識別する。

このように、個々の鳥がほぼ同様に翼を運動させること、鳥の群れＢの速度分散が比較的大きいことに基づいて、鳥の群れＢを他の物標と識別することができる。

本開示のクラッタの物標識別処理の内容を図５に示す。クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）は、２次元的にほぼ一様に分布する。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布は、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しない。図５の左欄では、面フィルタで抽出された反射強度≠０の広い領域において、反射強度＝１が空間的にほぼ一様に分布し時間的にほぼ変化しない。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことに基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号がクラッタによるものと識別する。

このように、クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）が２次元的にほぼ一様に分布することに基づいて、クラッタを他の物標と識別することができる。そして、クラッタの除去及び鳥の群れＢの抽出が可能となる。

そして、クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）は、ほぼ一様に進行する。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分布は、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しない。また、クラッタの速度は、鳥の群れＢ（図５の中欄と図４の中欄とを比較）の速度と比べて一般的に小さいと考えられる。図５の中欄では、面フィルタで抽出された速度≠０の広い領域において、速度＝１が空間的にほぼ一様に分布し時間的にほぼ変化しない。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、速度分布中の速度が比較的小さいことと、に基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号が鳥の群れＢではなくクラッタによるものと識別する。

このように、クラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）がほぼ一様に進行すること、クラッタの速度が比較的小さいことに基づいて、クラッタを他の物標と識別することができる。そして、クラッタの除去及び鳥の群れＢの抽出が可能となる。

さらに、個々のクラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）は、ほぼ同様な特性を有する。よって、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散分布は、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しない。また、クラッタの速度分散は、鳥の群れＢ（図５の右欄と図４の右欄とを比較）の速度分散と比べて一般的に小さいと考えられる。図５の右欄では、面フィルタで抽出された速度分散≠０の広い領域において、速度分散＝２が空間的にほぼ一様に分布し時間的にほぼ変化しない。

そこで、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、速度分散分布中の速度分散が比較的小さいことと、に基づいて、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号が鳥の群れＢではなくクラッタによるものと識別する。

このように、個々のクラッタ（海上の海波Ｗ及び地面Ｇ上の樹木等）がほぼ同様な特性を有すること、クラッタの速度分散が比較的小さいことに基づいて、クラッタを他の物標と識別することができる。そして、クラッタの除去及び鳥の群れＢの抽出が可能となる。

本開示のその他の物標識別処理の内容を図６に示す。図６では、その他の物標として、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ及び船舶Ｓを挙げている。

ヘリコプターＨは、大きさが中程度であり、速度が中速度であり、水平面内で延伸し回転するブレードを有する。図６の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、面フィルタで抽出されなかった反射強度、速度及び速度分散≠０の狭い領域において、特に、垂直偏波よりは水平偏波を用いて、反射強度＝２、速度＝２及び速度分散＝５が観測されている。

航空機Ａは、大きさが中程度であり、速度が高速度であり、水平面内で延伸し固定されている主翼を有する。図６の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、面フィルタで抽出されなかった反射強度、速度及び速度分散≠０の狭い領域において、特に、垂直偏波よりは水平偏波を用いて、反射強度＝１、速度＝５及び速度分散＝１が観測されている。

車両Ｃは、大きさが小程度であり、速度が低速度であり、異方性を有さず塊として移動しほぼ揺れない。図６の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、面フィルタで抽出されなかった反射強度、速度及び速度分散≠０の狭い領域において、水平偏波及び垂直偏波等のいずれを用いても、反射強度＝１、速度＝１及び速度分散＝１が観測されている。

船舶Ｓは、大きさが大程度であり、速度が低速度であり、異方性を有さず塊として移動し大きく揺れる。図６の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、面フィルタで抽出されなかった反射強度、速度及び速度分散≠０の狭い領域において、水平偏波及び垂直偏波等のいずれを用いても、反射強度＝５、速度＝１及び速度分散＝２が観測されている。

このように、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかに基づいて、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ及び船舶Ｓを他の物標と識別することができる。

本開示の鳥の群れの着地着水処理の内容を図７に示す。図７の左欄では、鳥の群れＢの着地着水前に、反射強度＝１～５が観測されている。図７の中欄では、鳥の群れＢの着地着水後に、反射強度＝０が観測されている。すると、鳥の群れＢが着地着水したときにレーダ表示されないため、鳥の群れＢが飛び立つときに備えることができない。

そこで、物標識別部２２は、鳥の群れＢによるものと識別した水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号が、静止物標を除去する速度フィルタにより除去されたときに、速度フィルタにより鳥の群れが除去された時点の鳥の群れＢの位置をレーダ表示装置３に出力する。図７の右欄では、鳥の群れＢの位置出力時に、鳥マーカが表示されている。

或いは、物標識別部２２は、鳥の群れＢによるものと識別した水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号が、静止物標を除去する速度フィルタにより除去されたときに、速度フィルタにより鳥の群れＢが除去される直前の鳥の群れＢによるものと識別した水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号をレーダ表示装置３に出力する。つまり、鳥の群れＢの位置出力時に、図７の左欄に示したレーダ反射信号が表示されている。

このように、鳥の群れＢが着地着水したときにレーダ表示されなくても、鳥の群れＢの位置をマーカ表示することにより、鳥の群れＢが飛び立つときに備えることができる。

図４から図６に基づいて、様々な移動する物標の種類（例えば、鳥の群れＢ、海波Ｗ、地面Ｇ、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ及び船舶Ｓ等）を識別することができる。すると、鳥の群れＢ等が航空機Ａ等と衝突することを防止すること等ができる。そして、比較的小規模な信号処理回路で実現可能であり、ドローンＤ等に搭載可能である。

図３の右欄に示したように、物標識別部２２は、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを入力とし、水平偏波又は垂直偏波等を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを出力とする、教師データを学習することもできる（ステップＳ３）。

なお、レーダ送受信装置１の仰角方向のビーム幅をドローン搭載又は低コスト化で絞れないときには、高位置の鳥の群れＢ、ヘリコプターＨ及び航空機Ａと、低位置の車両Ｃ、船舶Ｓ、海波Ｗ及び地面Ｇと、を同時に抽出してしまうものの、別個の物標として識別することができる。特に、レーダ送受信装置１をドローンＤに搭載するときには、物標の高度を推定することができるため、航行の効率を上げることができる（例えば、物標を低位置の車両Ｃ又は船舶Ｓと識別しても、その物標を避ける必要がない。一方で、物標を高位置の鳥の群れＢ、ヘリコプターＨ及び航空機Ａと識別すれば、その物標を避ける必要がある。）。

このように、本開示の物標識別装置及び物標識別プログラムは、レーダ技術を用いて、鳥の群れ等が航空機等と衝突することを防止すること等ができる。

Ｌ：陸上局
Ｄ：ドローン
Ｈ：鳥の群れ
Ｗ：海波
Ｇ：地面
Ｈ：ヘリコプター
Ａ：航空機
Ｃ：車両
Ｓ：船舶
Ｒ：レーダシステム
１：レーダ送受信装置
２：物標識別装置
３：レーダ表示装置
２１：パラメータ抽出部
２２：物標識別部

Claims

レーダ反射信号から、反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出部と、
レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布、前記速度分布及び前記速度分散分布の少なくともいずれかの空間的な一様性の有無及び時間的な変化の有無に基づいて、レーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別部と、
を備えることを特徴とする物標識別装置。
前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布が、空間的に一様でないとともに時間的に変化することに基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れによるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１に記載の物標識別装置。
前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことに基づいて、レーダ反射信号がクラッタによるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標識別装置。
前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記速度分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、前記速度分布中の速度の大きさと、に基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れ及びクラッタのいずれによるものかを識別する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の物標識別装置。
前記物標識別部は、レーダ反射信号から抽出された前記速度分散分布が、空間的にほぼ一様であるとともに時間的にほぼ変化しないことと、前記速度分散分布中の速度分散の大きさと、に基づいて、レーダ反射信号が鳥の群れ及びクラッタのいずれによるものかを識別する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の物標識別装置。
前記物標識別部は、鳥の群れによるものと識別したレーダ反射信号が、静止物標を除去する速度フィルタにより除去されたときに、前記速度フィルタにより鳥の群れが除去された時点の鳥の群れの位置をレーダ表示装置に出力する、又は、前記速度フィルタにより鳥の群れが除去される直前の鳥の群れによるものと識別したレーダ反射信号を前記レーダ表示装置に出力する
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の物標識別装置。
レーダ反射信号から、反射強度分布、速度分布及び速度分散分布の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出ステップと、
レーダ反射信号から抽出された前記反射強度分布、前記速度分布及び前記速度分散分布の少なくともいずれかの空間的な一様性の有無及び時間的な変化の有無に基づいて、レーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための物標識別プログラム。