JP7469053B2

JP7469053B2 - 目標検出装置及び目標検出プログラム

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Publication number: JP7469053B2
Application number: JP2020012093A
Authority: JP
Inventors: 晃板倉; 直哉平木; 廣憲土屋
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-01-29
Also published as: JP2021117169A

Description

本開示は、目標を検出するレーダ技術に関する。

目標を検出するレーダ技術が、特許文献１等に開示されている。従来技術の目標検出処理を図１に示す。レーダ受信強度が所定強度以上である領域Ｒ１、Ｒ２について、目標の位置として、領域Ｒ１、Ｒ２の重心位置Ｇ１、Ｇ２を出力する。

特開２０１８－０９６８３８号公報

ここで、領域Ｒ１、Ｒ２の重心位置Ｇ１、Ｇ２を出力するためには、モーメント計算用の乗算装置が必要であり、複雑なハードウェアリソースが必要である。しかし、省スペース及び省電力が要求される無人機等では、複雑なハードウェアリソースは不向きである。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、目標を検出するレーダ技術において、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することを目的とする。

前記課題を解決するために、レーダ受信強度が所定強度以上である領域について、目標の位置として、レーダ送受信装置に最も近い距離における方位角幅のうちの中心位置を出力する。つまり、レーダ受信強度が所定強度以上である領域のうち、レーダ送受信装置に最も近い位置は重要であるが、レーダ送受信装置から奥まった位置は重要ではない。

具体的には、本開示は、レーダ受信強度が所定強度以上である領域について、レーダ送受信装置に最も近い距離における方位角幅が所定幅以上であるかどうかを識別する方位角幅識別部と、前記方位角幅が前記所定幅以上であれば、前記領域を目標と識別し、前記方位角幅が前記所定幅より狭ければ、前記領域をノイズと識別する目標ノイズ識別部と、前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として前記最も近い距離における前記方位角幅のうちの中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止する目標位置出力部と、を備えることを特徴とする目標検出装置である。

また、本開示は、レーダ受信強度が所定強度以上である領域について、レーダ送受信装置に最も近い距離における方位角幅が所定幅以上であるかどうかを識別する方位角幅識別ステップと、前記方位角幅が前記所定幅以上であれば、前記領域を目標と識別し、前記方位角幅が前記所定幅より狭ければ、前記領域をノイズと識別する目標ノイズ識別ステップと、前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として前記最も近い距離における前記方位角幅のうちの中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止する目標位置出力ステップと、を順にコンピュータに実行させるための目標検出プログラムである。

これらの構成によれば、レーダ受信強度が所定強度以上である領域のうち、レーダ送受信装置に最も近い位置のみを考慮し、レーダ送受信装置から奥まった位置を考慮しない。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。そして、方位角幅が広い目標を方位角幅が狭いノイズと識別することができる。

また、本開示は、前記方位角幅識別部は、二値化された前記レーダ受信強度が０ではなく１を有する前記領域について、二値を有する面フィルタと一致するかどうかを識別し、前記面フィルタは、前記レーダ送受信装置から見て近方側に、前記面フィルタの全方位角幅にわたり０を有し、前記レーダ送受信装置から見て遠方側に、前記面フィルタの前記全方位角幅のうちの前記所定幅以上の様々な幅にわたり１を有し、前記目標ノイズ識別部は、前記領域が特定の幅にわたり１を有する前記面フィルタとは一致するならば、前記領域を前記目標と識別し、前記領域がいずれの幅にわたり１を有する前記面フィルタとも一致しなければ、前記領域を前記ノイズと識別し、前記目標位置出力部は、前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として前記面フィルタにおける前記特定の幅のうちの中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止することを特徴とする目標検出装置である。

この構成によれば、レーダ受信強度が二値化された距離／方位角の座標軸空間において、目標の位置としての中心位置の情報が埋め込まれた面フィルタをスキャンするのみでよい。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。そして、方位角幅が広い目標を方位角幅が狭いノイズと識別することができる。

また、本開示は、前記所定幅以上の範囲の下限は、前記レーダ送受信装置のビーム幅に設定されることを特徴とする目標検出装置である。

この構成によれば、特に小さい目標の位置を出力するにあたり、レーダ送受信装置のビーム幅の広がりによるレーダ受信強度の高い領域の広がりを考慮することができる。

また、本開示は、前記所定幅以上の範囲の上限は、前記レーダ送受信装置から近い前記領域については大きく設定され、前記レーダ送受信装置から遠い前記領域については小さく設定されることを特徴とする目標検出装置である。

この構成によれば、特に大きい目標の位置を出力するにあたり、レーダ送受信装置からの距離の遠近に応じたレーダ受信強度の高い領域の見込み角を考慮することができる。

また、本開示は、前記レーダ受信強度が前記所定強度以上である前記領域は、ＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）に基づいて抽出された前記領域であることを特徴とする目標検出装置である。

この構成によれば、静止目標を除去したうえで、移動物標を抽出するとともに、静止目標と比べて小さい移動目標のみについて、目標の位置を出力する。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、移動目標の位置を出力することができる。

このように、本開示は、目標を検出するレーダ技術において、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。

従来技術の目標検出処理を示す図である。本開示のレーダシステムの構成を示す図である。本開示の目標検出装置の概略的な処理を示す図である。本開示の目標検出装置の具体的な処理を示す図である。本開示の目標検出処理を示す図である。本開示の目標検出処理を示す図である。本開示の面フィルタ設定を示す図である。本開示の面フィルタ設定を示す図である。

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、目標検出装置２及びレーダ表示装置３を備える。目標検出装置２は、方位角幅識別部２１、目標ノイズ識別部２２及び目標位置出力部２３を備える。目標検出装置２は、図３又は図４に示した目標検出プログラムをコンピュータ（例えば、ＣＰＵ等。）にインストールすることにより実現可能であり、図３又は図４に示した目標検出処理をＲＯＭを有したＩＣ（例えば、ＦＰＧＡ等。）に実行させることにより実現可能であり、上記のコンピュータ及びＲＯＭを有したＩＣを両方とも備えることによっても実現可能である。

本開示の目標検出装置の概略的な処理を図３に示す。本開示の目標検出装置の具体的な処理を図４に示す。図４の処理は、図３の処理に対する、具体例である。本開示の目標検出処理を図５及び図６に示す。本開示の面フィルタ設定を図７及び図８に示す。

方位角幅識別部２１は、ＭＴＩに基づいて抽出されレーダ受信強度が所定強度以上である領域について、レーダ送受信装置１に最も近い距離における方位角幅が所定幅以上であるかどうかを識別する（図３、ステップＳ１）。具体的には、方位角幅識別部２１は、ＭＴＩに基づいて抽出され二値化されたレーダ受信強度が０ではなく１を有する領域について、二値を有する面フィルタと一致するかどうかを識別する（図４、ステップＳ１１）。

図５から図８まででは、距離方向の１セルは、距離分解能を示し、方位角方向の１セルは、方位角分解能を示し、レーダ送受信装置１のビーム幅は、方位角分解能の４倍である。図８では、距離／方位角の座標軸を極座標軸（ＰＰＩ座標軸）で表示するが、図５から図７まででは、距離／方位角の座標軸を簡単のため直交座標軸で表示する。

図５の左欄では、二値化されたレーダ受信強度が０ではなく１を有する領域Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。図５の右欄では、ＭＴＩに基づいて抽出された領域Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。

図７の上段では、小さい目標の位置として、ヘリコプターＨの位置を検出する。すると、距離方向の１セル×方位角方向の４セル（レーダ送受信装置１のビーム幅に相当する。）の領域Ｒ１１が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。そこで、面フィルタＦ１として、（１）レーダ送受信装置１から見て近方側の１セル×６セルに、面フィルタＦ１の全方位角幅（６セル）にわたり０（白地）を有し、（２）レーダ送受信装置１から見て遠方側の１セル×６セルに、面フィルタＦ１の全方位角幅（６セル）のうちの中間領域（４セル（レーダ送受信装置１のビーム幅に相当する。））にわたり１（斜線）を有する。なお、中心位置ＣＦ１については、図６を用いて後述する。

図７の中段では、中程度の目標の位置として、船舶Ｓの位置を検出する。すると、距離方向の２セル×方位角方向の５セル（レーダ送受信装置１のビーム幅より広い。）の領域Ｒ１２が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。そこで、面フィルタＦ２として、（１）レーダ送受信装置１から見て近方側の１セル×７セルに、面フィルタＦ２の全方位角幅（７セル）にわたり０（白地）を有し、（２）レーダ送受信装置１から見て遠方側の１セル×７セルに、面フィルタＦ２の全方位角幅（７セル）のうちの中間領域（５セル（レーダ送受信装置１のビーム幅より広い。））にわたり１（斜線）を有する。なお、中心位置ＣＦ２については、図６を用いて後述する。

図７の下段では、大きい目標の位置として、船舶Ｓの位置を検出する。すると、距離方向の３セル×方位角方向の７セル（レーダ送受信装置１のビーム幅より広い。）の領域Ｒ１３が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。そこで、面フィルタＦ３として、（１）レーダ送受信装置１から見て近方側の１セル×７セルに、面フィルタＦ３の全方位角幅（７セル）にわたり０（白地）を有し、（２）レーダ送受信装置１から見て遠方側の１セル×７セルに、面フィルタＦ３の全方位角幅（７セル）のうちの連続領域（６セル（レーダ送受信装置１のビーム幅より広い。））にわたり１（斜線）を有する。なお、中心位置ＣＦ３については、図６を用いて後述する。

目標ノイズ識別部２２は、当該方位角幅が所定幅以上であれば（図３、ステップＳ２、ＹＥＳ）、当該領域を目標と識別し（ステップＳ３）、当該方位角幅が所定幅より狭ければ（図３、ステップＳ２、ＮＯ）、当該領域をノイズと識別する（ステップＳ５）。具体的には、目標ノイズ識別部２２は、当該領域が特定の幅にわたり１を有する面フィルタとは一致するならば（図４、ステップＳ１２、ＹＥＳ）、当該領域を目標と識別し（ステップＳ１３）、当該領域がいずれの幅にわたり１を有する面フィルタとも一致しなければ（図４、ステップＳ１２、ＮＯ）、当該領域をノイズと識別する（ステップＳ１５）。

目標位置出力部２３は、当該領域が目標と識別されたときには（図３、ステップＳ３）、目標の位置として当該最も近い距離における当該方位角幅のうちの中心位置を出力し（ステップＳ４）、当該領域がノイズと識別されたときには（ステップＳ５）、ノイズの位置の出力を中止する（ステップＳ６）。具体的には、目標位置出力部２３は、当該領域が目標と識別されたときには（図４、ステップＳ１３）、目標の位置として面フィルタにおける当該特定の幅のうちの中心位置を出力し（ステップＳ１４）、当該領域がノイズと識別されたときには（ステップＳ１５）、ノイズの位置の出力を中止する（ステップＳ１６）。

図６の左欄では、距離方向の２セル×方位角方向の２セルの領域Ｒ４は、いずれの幅（４セル、５セル、６セル）にわたり１を有する面フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３とも一致しないため、ノイズと識別される。図６の右欄では、距離方向の２セル×方位角方向の２セルの領域Ｒ４は、ノイズの位置をレーダ表示装置３に出力されない。

図６の左欄では、距離方向の２セル×方位角方向の４セルの領域Ｒ５は、特定の幅（４セル）にわたり１を有する面フィルタＦ１とは一致するため、目標と識別される。図６の右欄では、距離方向の２セル×方位角方向の４セルの領域Ｒ５は、目標の位置として、面フィルタＦ１における特定の幅（４セル）のうちの中心位置ＣＦ１と面フィルタスキャン時に一致する中心位置Ｃ５を、レーダ表示装置３に出力される。

図６の左欄では、距離方向の１セル×方位角方向の１セルの領域Ｒ７は、いずれの幅（４セル、５セル、６セル）にわたり１を有する面フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３とも一致しないため、ノイズと識別される。図６の右欄では、距離方向の１セル×方位角方向の１セルの領域Ｒ７は、ノイズの位置をレーダ表示装置３に出力されない。

図６の左欄では、距離方向の２セル×方位角方向の５セルの領域Ｒ８は、特定の幅（５セル）にわたり１を有する面フィルタＦ２とは一致するため、目標と識別される。図６の右欄では、距離方向の２セル×方位角方向の５セルの領域Ｒ８は、目標の位置として、面フィルタＦ２における特定の幅（５セル）のうちの中心位置ＣＦ２と面フィルタスキャン時に一致する中心位置Ｃ８を、レーダ表示装置３に出力される。

図６の左欄では、距離方向の４セル×方位角方向の７セルの領域Ｒ９は、特定の幅（６セル）にわたり１を有する面フィルタＦ３とは一致するため、目標と識別される。図６の右欄では、距離方向の４セル×方位角方向の７セルの領域Ｒ９は、目標の位置として、面フィルタＦ３における特定の幅（６セル）のうちの中心位置ＣＦ３と面フィルタスキャン時に一致する中心位置Ｃ９を、レーダ表示装置３に出力される。

ただし、移動目標は静止目標と比べて小さいことを考慮して、面フィルタが１を有する幅を広くし過ぎないようにして、大き過ぎる移動目標を出力しないようにしてもよい。

このように、図３のステップＳ１の所定幅以上の範囲の下限は、レーダ送受信装置１のビーム幅に設定される．その一方で、図３のステップＳ１の所定幅以上の範囲の上限は、レーダ送受信装置１から近いレーダ受信強度の高い領域については大きく設定され、レーダ送受信装置１から遠いレーダ受信強度の高い領域については小さく設定される。

図８の上段では、レーダ送受信装置１から近い目標の位置として、船舶Ｓの位置を検出する。すると、距離方向の１セル×方位角方向の１０セル（レーダ送受信装置１から見て見込み角が広い。）の領域Ｒ１４が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。そこで、面フィルタＦ４として、（１）レーダ送受信装置１から見て近方側の１セル×１２セルに、面フィルタＦ４の全方位角幅（１２セル）にわたり０（白地）を有し、（２）レーダ送受信装置１から見て遠方側の１セル×１２セルに、面フィルタＦ４の全方位角幅（１２セル）のうちの中間領域（１０セル）にわたり１（斜線）を有し、（３）当該中間領域（１０セル）のうちの中心位置ＣＦ４（黒地）を有する。

図８の下段では、レーダ送受信装置１から遠い目標の位置として、同じ大きさの船舶Ｓの位置を検出する。すると、距離方向の１セル×方位角方向の６セル（レーダ送受信装置１から見て見込み角が狭い。）の領域Ｒ１５が、距離／方位角の座標軸空間に表示される（最終出力ではない。）。そこで、面フィルタＦ５として、（１）レーダ送受信装置１から見て近方側の１セル×８セルに、面フィルタＦ５の全方位角幅（８セル）にわたり０（白地）を有し、（２）レーダ送受信装置１から見て遠方側の１セル×８セルに、面フィルタＦ５の全方位角幅（８セル）のうちの中間領域（６セル）にわたり１（斜線）を有し、（３）当該中間領域（６セル）のうちの中心位置ＣＦ５（黒地）を有する。

以上のように、レーダ受信強度が所定強度以上である領域のうち、レーダ送受信装置１に最も近い位置のみを考慮し、レーダ送受信装置１から奥まった位置を考慮しない。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。そして、方位角幅が広い目標を方位角幅が狭いノイズと識別することができる。

具体的には、レーダ受信強度が二値化された距離／方位角の座標軸空間において、目標の位置としての中心位置の情報が埋め込まれた面フィルタをスキャンするのみでよい。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。そして、方位角幅が広い目標を方位角幅が狭いノイズと識別することができる。

そして、静止目標を除去したうえで、移動物標を抽出するとともに、静止目標と比べて小さい移動目標のみについて、目標の位置を出力する。よって、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、移動目標の位置を出力することができる。

さらに、特に小さい目標の位置を出力するにあたり、レーダ送受信装置１のビーム幅の広がりによるレーダ受信強度の高い領域の広がりを考慮することができる。

さらに、特に大きい目標の位置を出力するにあたり、レーダ送受信装置１からの距離の遠近に応じたレーダ受信強度の高い領域の見込み角を考慮することができる。

このように、本開示の目標検出装置及び目標検出プログラムは、目標を検出するレーダ技術において、無人機等及び有人機等のいずれに適用するかによらず、複雑なハードウェアリソースを必要とせず、目標の位置を出力することができる。

Ｒ：レーダシステム
Ｈ：ヘリコプター
Ｓ：船舶
１：レーダ送受信装置
２：目標検出装置
３：レーダ表示装置
２１：方位角幅識別部
２２：目標ノイズ識別部
２３：目標位置出力部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５：領域
Ｇ１、Ｇ２：重心位置
Ｃ５、Ｃ８、Ｃ９、ＣＦ１、ＣＦ２、ＣＦ３、ＣＦ４、ＣＦ５：中心位置
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５：面フィルタ

Claims

レーダ受信強度が所定強度以上である領域について、レーダ送受信装置から奥まった距離ではなく前記レーダ送受信装置に最も近い距離における方位角幅が、所定幅以上であるかどうかを識別する方位角幅識別部と、
前記方位角幅が前記所定幅以上であれば、前記領域を目標と識別し、前記方位角幅が前記所定幅より狭ければ、前記領域をノイズと識別する目標ノイズ識別部と、
前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として、前記レーダ送受信装置から奥まった距離ではなく前記レーダ送受信装置に最も近い距離における前記方位角幅のうち、中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止する目標位置出力部と、
を備えることを特徴とする目標検出装置。
前記方位角幅識別部は、二値化された前記レーダ受信強度が０ではなく１を有する前記領域について、二値を有する面フィルタと一致するかどうかを識別し、
前記面フィルタは、前記レーダ送受信装置から見て近方側に、前記面フィルタの全方位角幅にわたり０を有し、前記レーダ送受信装置から見て遠方側に、前記面フィルタの前記全方位角幅のうちの前記所定幅以上の様々な幅にわたり１を有し、
前記目標ノイズ識別部は、前記領域が特定の幅にわたり１を有する前記面フィルタとは一致するならば、前記領域を前記目標と識別し、前記領域がいずれの幅にわたり１を有する前記面フィルタとも一致しなければ、前記領域を前記ノイズと識別し、
前記目標位置出力部は、前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として前記面フィルタにおける前記特定の幅のうちの中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止する
ことを特徴とする、請求項１に記載の目標検出装置。
前記所定幅以上の範囲の下限は、前記レーダ送受信装置のビーム幅に設定される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の目標検出装置。
前記所定幅以上の範囲の上限は、前記レーダ送受信装置から近い前記領域については大きく設定され、前記レーダ送受信装置から遠い前記領域については小さく設定される
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の目標検出装置。
前記レーダ受信強度が前記所定強度以上である前記領域は、ＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）に基づいて抽出された前記領域である
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の目標検出装置。
レーダ受信強度が所定強度以上である領域について、レーダ送受信装置から奥まった距離ではなく前記レーダ送受信装置に最も近い距離における方位角幅が、所定幅以上であるかどうかを識別する方位角幅識別ステップと、
前記方位角幅が前記所定幅以上であれば、前記領域を目標と識別し、前記方位角幅が前記所定幅より狭ければ、前記領域をノイズと識別する目標ノイズ識別ステップと、
前記領域が前記目標と識別されたときには、前記目標の位置として、前記レーダ送受信装置から奥まった距離ではなく前記レーダ送受信装置に最も近い距離における前記方位角幅のうち、中心位置を出力し、前記領域が前記ノイズと識別されたときには、前記ノイズの位置の出力を中止する目標位置出力ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための目標検出プログラム。