JPH05188140A - レーダによる海上物標の大きさ推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーダにより実際に得られた海上物標の測定
面積から該物標の大きさ（長さ）を精度良く推定するこ
とができる推定方法を得ること。 【構成】 レーダにより得られる海上物標の平面的な測
定面積と実面積との対応関係を、あらかじめ実験または
推定処理により数式化する工程（Ｓ１１）と、前記対応
関係の数式を用いて、レーダから実際に得られた前記海
上物標の測定面積から実面積を算出し、該実面積から海
上物標の全長を、船舶等の平均的な全長対型幅比などか
ら推定する工程（Ｓ１６）と、前記レーダから実際に得
られた海上物標の平面的な測定面積と実面積との対応デ
ータを所定量蓄積し、該蓄積した対応データに基づき前
記対応関係の数式を逐次修正する工程（Ｓ１５）とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海上監視レーダシステム
における海上物標の大きさ推定方法に関するものであ
り、該推定結果により表示する船舶マークの改良に係る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のレーダビデオのビットパタ
ーン例を示す図であり、例えば船舶などの海上物標から
得られたレーダビデオ信号を２値に量子化（レーダビデ
オ信号をサンプリング周期毎に基準値と比較して有効信
号または無効雑音、即ち１または０にデジタル化）し
て、この有効信号の１をメモリに記憶したビットパター
ンデータ例である。同図においては、１つの海上物標か
らのビットパターンは短冊形状のパターン２０１〜２０
３により形成され、２０１は距離がＲ_i にある角度幅が
Δθ₁ のパターンデータ、２０２は距離がＲ_i ＋ΔＲに
ある角度幅がΔθ₂ のパターンデータ、２０３は距離が
Ｒ_i ＋２ΔＲにある角度幅がΔθ₃ のパターンデータを
それぞれ示している。このように物標の大きさにより各
距離における角度幅を示すデータ数は増減する。またこ
こでΔＲはレーダビデオ信号を２値に量子化するサンプ
リング信号の周期に相当する単位距離である。換言する
と電波の伝播速度から換算して、この周期（時間）にレ
ーダ電波が往復伝播する距離であり、例えば１０ｍ（メ
ートル）等の数値を有する。また方位角と、角度幅の測
定単位は角度の量子化単位であり、レーダの方位分解能
に比較し、十分小さな値である。

【０００３】図５は図４のデータに方位分解能補正を行
ったビットパターンを示す図である。同図において、短
冊形状のパターン２０４，２０５及び２０６は、図４の
パターンデータ２０１，２０２及び２０３からそれぞれ
レーダ空中線の水平ビーム幅αに相当する斜線部分がビ
ットパターンの左右から削除され、角度幅の補正が行な
われたものである。

【０００４】前記角度幅の補正を説明すると、レーダに
より計測される物標の方位角度は、水平ビーム幅αを有
する空中線の回転により行なわれるので、実際の物標方
位の前後にそれぞれ水平ビーム幅の半分α／２だけ余分
に検出される。即ち実際に物標の存在する方位角度より
も前記水平ビーム幅αだけ大きな値として計測される。
従ってレーダ空中線の水平ビーム幅の中心方位を示す空
中線方位信号に基づき計測される検出物標の方位角度幅
から空中線の水平ビーム幅αを減算することにより正し
い物標の方位角度幅が得られることになる。

【０００５】このようにレーダにより検出した物標のビ
ットパターンデータから物標の大きさや面積を求めるに
は、まず物標の距離方向及び方位角方向の広がりを正確
に測定する必要があり、このため必要と考えられる補正
を行っている。距離方向についても、距離分解能が目標
の大きさに比較して粗な場合には同様な補正が必要であ
る。但し、距離分解能はレーダから目標までの距離が変
化しても一定であり、通常の海上監視レーダでは対象と
する船舶の大きさに比較し距離分解能は精細であるの
で、補正を行なわない場合が多い。方位角方向について
はレーダ空中線の水平ビーム幅により決まる方位分解能
となり、距離の増加と共にアンテナ回転方向の長さで表
現した分解能は低下するので、一般に補正が必要であ
る。図５は方位角方向の補正のみを行なった場合の例で
ある。

【０００６】このようにしてレーダで検出した海上物標
（本例では船舶や灯浮標等）からのビットパターンに所
要の補正処理を行ない、図５に示す補正後のビットパタ
ーンが得られると、 （１）．まずこの海上物標の大きさを図５のビットパタ
ーンの占有面積から求める。 （２）．次に前記面積の平方根を求めて、長さを次元と
するデータに変換する。 （３）．次に前記長さのデータに対して経験的に得られ
た一元的な補正係数を乗算して、海上物標の長さを算出
する。 （４）．そして該海上物標の長さを３つに区分して表示
器の画面上に表示するため、前記海上物標の長さを別に
定めた２つの表示基準値と比較して、大，中，小のいず
れのランクに属するかを判定して区分していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のレーダによる海上物標の大きさ推定方法で
は、レーダビデオ信号を２値に量子化したビットパター
ンは、物標の形状（船、灯浮標の別等）、性質（船等の
種類、材質）、測定環境（電波伝播路、天候、その
他）、装置自体の非直線性等により時間的、空間的に変
動するので、同一の物標によるビットパターンであって
も、物標のレーダによる平面的な測定面積（以下測定面
積と称する）は大きく変動し、その結果大、中、小の区
分も変動するため、表示器（ＣＲＴディスプレイ等）に
表示される船舶のマーク（例えば大型船であることを示
す大丸、中型船であることを示す中丸、小型船であるこ
とを示す小丸）は変動が著しく、運用者が満足できるよ
うな状態ではなかった。

【０００８】この船舶マークの表示の不安定性を改善す
るため、あらかじめ日本船舶明細書等に記載してある船
舶の大きさのデータを、船舶固有のデータとして、シス
テムの船舶固有データファイルに登録しておき、船舶の
船名や信号符号（コールサイン）等が判っている場合に
は、前記登録済みの該当データから船舶の全長を読み取
り、これから表示用データを作成するようにしている。
しかしながら、船舶明細書等から把握できない艦船や、
新造船や船名変更船等の場合で船舶固有ファイルへの登
録がまだなされていない船舶等もあり、必ずしもすべて
の海上物標に対して上記システムの船舶固有データファ
イルが利用できないので、さらに改良されたレーダによ
る海上物標の大きさ推定方法が切望されているという問
題点があった。

【０００９】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、上記システムの船舶固有データファイル
が利用できない場合にも、レーダにより実際に得られた
海上物標の測定面積から該物標の大きさ（長さ）を精度
良く推定でき、この推定結果から船舶マークを安定に表
示できるレーダによる海上物標の大きさ推定方法を得る
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーダによ
る海上物標の大きさ推定方法は、レーダにより得られる
海上物標の平面的な測定面積と実面積との対応関係を、
あらかじめ実験または推定処理により数式化する工程
と、前記対応関係の数式を用いて、レーダから実際に得
られた前記海上物標の測定面積から実面積を算出し、該
実面積から海上物標の全長を、船舶等の平均的な全長対
型幅比などから推定する工程と、前記レーダから実際に
得られた海上物標の平面的な測定面積と実面積との対応
データを所定量蓄積し、該蓄積した対応データに基づき
前記対応関係の数式を逐次修正する工程とを含むもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明においては、最初に数式化工程はレーダ
により得られる海上物標の平面的な測定面積と実面積と
の対応関係を、あらかじめ実験または推定処理により数
式化する。次に推定工程は前記数式化工程により得られ
た前記対応関係の数式を用いて、レーダから実際に得ら
れた前記海上物標の測定面積から実面積を算出し、該実
面積から海上物標の全長を、船舶等の平均的な全長対型
幅比などから推定する。そして修正工程は前記レーダか
ら実際に得られた海上物標の平面的な測定面積と実面積
との対応データを所定量蓄積し、該蓄積した対応データ
に基づき前記対応関係の数式を逐次修正する。

【００１２】

【実施例】図３は本発明に係るレーダ測定面積と実面積
との対応例を示す図である。同図の横軸はレーダによる
海上物標の平面的な測定面積を対数スケールで表示し、
また縦軸は同一海上物標の実面積を対数スケールで表示
したものである。尚念のため申し述べるが図３の各軸の
対数スケールは、本質的なものではなく、単に実験式を
直線で表現したいがための便法である。ここでレーダに
より得られた海上物標のビデオ信号を極座標Ｒ、θ（Ｒ
は距離、θは方位）面上に２値化したビットパターンに
ついて考えると、このビットパターンは元来物標が保有
している３次元の大きさを上空（真上の意）から見た平
面的な面積に、レーダの分解能、電波の干渉、多重反射
あるいはクリーピング波等の電波の物理的要因に基づく
Ｒ、θ面上への拡がりが加算されたものと考えられる。

【００１３】したがって、あらかじめ船名が判明してい
る海上目標を追跡して測定面積のデータをある程度蓄積
した上で、船舶の実面積の近似値（例えば全長×型幅を
もって実面積とする。以下単に実面積と呼称する）を、
日本船舶明細書（海運集会所刊行）等を利用して計算
し、上記測定面積と対応する実面積とを各物標ごとにプ
ロットする。図３に示す黒丸が上記プロットをした各点
であり、多くの点をプロットすることによって散布図が
生成される。図３の直線は前記散布図から得た回帰式
（実験式）を示す直線である。このようにレーダにより
得られる海上物標の測定面積と実面積との対応関係を、
あらかじめ数式化しておくことにより、この数式を用い
て実際のレーダデータから海上物標の大きさ（長さ）を
推定することができる。以下図１及び図２の流れ図によ
り上記推定法を説明する。

【００１４】図１は本発明に係る実験式による物標の大
きさ算出例を示す流れ図である。図１のステップＳ１１
では、物標位置、測定面積及び実験式の各データを用意
する。そして以下の処理に入る。ステップＳ１２では、
物標がその位置データ等から灯浮標等の固定物標である
か否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合はステップ
Ｓ１７に移り、ＮＯの場合はステップＳ１３に移る。ス
テップＳ１３では、前記実験式（図３で説明した回帰
式）を用いて測定面積から実面積を算出する。ステップ
Ｓ１４では、船舶固有データとして保有している登録ず
みのデータと１対１の対応付けが可能かを判定する。該
当船舶データの位置から、別の方法、例えば目視観測又
は無線電話による連絡から船名又は信号符字（コールサ
イン）を特定できるか否かの判定をする。判定結果がＹ
ＥＳの場合はステップＳ１５に移り、ＮＯの場合はステ
ップＳ１６に移る。

【００１５】ステップＳ１５では、船名等が特定でき、
かつ船舶固有データが登録ずみの場合に実行する実験式
改良のための統計処理を行なう。具体的には図３に示す
散布図上にプロットする一点を記憶した上で、後述の図
２に示す実験式改良処理を行う。その後はステップＳ１
８に戻る。ステップＳ１６では、船舶固有データが未登
録である場合に、実面積から船舶の全長を算出する処理
を行なう。前記船舶の全長を算出するにあたっては、船
舶の実面積と全長対型幅比を船舶明細書等からあらかじ
め求めておき（船舶の全長と型幅の比の平均値はほぼ６
である）、このデータを用いるようにしている。ステッ
プＳ１７では、物標が灯浮標等の固定物標であり、その
大きさが既知であるので、あらかじめ固定物標登録テー
ブルを作成しておき、該テーブルから読出した固定物標
の大きさを付与する。ステップＳ１８では、海上物標の
特定船舶への対応付けができているので、船舶固有デー
タとして登録されているデータから、その大きさを付与
する。ステップＳ１９では、前記ステップＳ１６〜Ｓ１
８で付与された大きさのランク別に大丸、中丸、小丸の
表示用データを作成する。ステップＳ２０では、前記作
成した表示用データを出力する。ここでは船舶等の位置
と、その大きさをランク分けした３種類の表示用データ
とを持って出力する。

【００１６】図２は本発明に係る実験式の学習による改
良処理例を示す流れ図であり、一定期間毎、例えば毎月
１回起動される。図２のステップＳ３１では、最近の一
定期間における統計データから最新の実験式を算出す
る。ステップＳ３２では、旧実験式と新実験式の係数
（傾き、定数部分）を比較する。この比較は監視レーダ
の対象海域を通過する船舶の種類が、経済変動等の影響
により変化したかどうかを判定し、ステップＳ３３以降
において、その変化幅が大きい場合に該変化に逐次適応
させるものである。ステップＳ３３では、旧実験式と新
実験式の係数の差異があらかじめ設定した範囲内かを判
定する。判定結果がＹＥＳならステップＳ３６に移り、
ＮＯならステップＳ３４に移る。

【００１７】ステップＳ３４では、実験式の修正が必要
とされる場合であり、修正実験式を作成する。ステップ
Ｓ３５では、実面積算出方法の変更を行なう。ここで変
更された算出方法により、図１のステップＳ１３におけ
る実面積を算出する。ステップＳ３６では、一連の修正
処理の結果を出力できるように、必要な修正履歴をファ
イルに登録して処理を終了する。なおステップＳ３２及
びＳ３３において、経済変動等による船種の変動が無視
できると考えられる場合には、実験式の係数を毎期間蓄
積し、ある一定値に集束するか否かを判定の上、係数変
更を毎回の算術平均又は幾何平均をとり修正する方法を
採用してもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればあらかじめ作成した海上目標の実面積と測定面積の
関係を表現する実験式を初期値として使用し、システム
の運用の経験を積みながら実験式を学習、修正し、実面
積の算出精度を向上することにより算出する海上目標、
例えば船舶の全長の推定精度を高めることが期待でき
る。またこの推定結果から海上物標の大きさ（長さ）を
示す高精度の船舶マークを安定に表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実験式による物標の大きさ算出例
を示す流れ図である。

【図２】本発明に係る実験式の学習による改良処理例を
示す流れ図である。

【図３】本発明に係るレーダ測定面積と実面積との対応
例を示す図である。

【図４】従来のレーダビデオのビットパターン例を示す
図である。

【図５】図４のデータに方位分解能補正を行ったビット
パターンを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーダにより得られる海上物標の平面的
   な測定面積と実面積との対応関係を、あらかじめ実験ま
   たは推定処理により数式化する工程と、 前記対応関係の数式を用いて、レーダから実際に得られ
   た前記海上物標の測定面積から実面積を算出し、該実面
   積から海上物標の全長を、船舶等の平均的な全長対型幅
   比などから推定する工程と、 前記レーダから実際に得られた海上物標の平面的な測定
   面積と実面積との対応データを所定量蓄積し、該蓄積し
   た対応データに基づき前記対応関係の数式を逐次修正す
   る工程とを含むことを特徴とするレーダによる海上物標
   の大きさ推定方法。