JPWO2013133000A1 - データ処理装置、レーダ装置及びデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの近くにある物標の表示を見やすくするためにアンテナからの距離に応じた拡大倍率を設定することができ、かつ拡大倍率の設定変更が容易なデータ処理装置を提供する。【解決手段】バッファメモリ５３は、アンテナ２０を基準とする距離と方位に関連付けてＡ／Ｄ変換器４１で変換されたデジタル信号を記憶する。デジタルフィルタ５４は、バッファメモリ５３から読み出されるデジタル信号を濾波する。メモリに記憶されたデジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に、注目データの値を置き換えるデジタルフィルタと、を備え、デジタルフィルタは、アンテナから注目データまでの距離に応じて、フィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナで送受信される電波により捉えたアンテナの周囲の物標を表示するレーダ装置及びレーダ装置で用いられるデータ処理装置並びにデータ処理方法に関する。

レーダ装置では一般に、発射された電波の反射波をとらえることによって物標（海上の船舶、ブイ及び陸地の地形や構造物など）が検出され、検出された物標がディスプレイ上に表示される。そのために、アンテナは、鋭い指向性を持ったパルス状電波（レーダ送信信号）のビームを送信するとともに、その周囲にある物標からの反射波を受信する。アンテナから送信される送信ビームは、所定のビーム幅を有している。アンテナは、水平面内で回転しながら、送信と受信を繰り返す。このように、船舶に搭載されているレーダ装置にあっては、アンテナが回転して電波を送受信する方位を変更しながら周囲の物標を捉え、ビーム幅が角度を持っているために、比較的遠方を航海する船舶を適度の分解能で表示しようとすると、比較的近傍にある小型のヨットやボートなどの表示が小さくなって見難くなる。

そこで、例えば、特許文献１（特許第４４１３５８５号公報）には、レーダ装置で探知した探知画像データを２次元方向に拡大することで、アンテナから遠い画像の解像度が低下するのを抑制しながらアンテナに近い画像を拡大する技術が開示されている。

特許文献１に記載されている技術は、高速にデータ処理ができ、レーダ装置の動作に対応した高速な表示が可能になっている点で優れている。しかしながら、２次元方向への拡大の手順が複雑なため、拡大倍率の変更が比較的難しいものになっている。

本発明の目的は、アンテナからの距離に応じて拡大倍率を変更することができ、かつ拡大倍率の変更の設定が容易なデータ処理装置、レーダ装置及びデータ処理方法を提供することにある。

上記の課題を解決するためのデータ処理装置は、アンテナを介して受信されたエコー信号に基づいて生成されるデジタルデータから、アンテナ周辺の状況を表示するための画像データを生成するデータ処理装置であって、デジタルデータをアンテナからの距離と方位に関連付けて記憶するメモリと、メモリに記憶されたデジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データの値を、注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に置き換えるデジタルフィルタと、を備え、デジタルフィルタは、注目データに関連付けられているアンテナからの距離に応じて、フィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更する、ことを特徴とする。

このデータ処理装置によれば、デジタルフィルタがアンテナから注目データまでの距離に応じてフィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更するため、注目データの値に影響を与える周辺データの範囲が距離に応じて変化する。それにより、周辺データの範囲を広くして注目データが周辺データの影響を受け易くしたり、逆に周辺データの範囲を狭くして注目データが周辺データの影響を受け難くしたりすることができる。このような周辺データの影響の大小を変更することによってデジタルフィルタの拡大倍率の変更をアンテナからの距離に応じて行うことができる。

上記の課題を解決するためのデータ処理方法は、アンテナを介して受信されたエコー信号に基づいて生成されるデジタルデータから、アンテナ周辺の状況を表示するための画像データを生成するデータ処理方法であって、デジタルデータをアンテナからの距離と方位に関連付けて記憶する記憶ステップと、記憶ステップで記憶されたデジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に、注目データの値を置き換えるデジタルフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、を備え、フィルタ処理ステップでは、注目データに関連付けられているアンテナからの距離に応じて、デジタルフィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更する、ことを特徴とする。

このデータ処理方法によれば、デジタルフィルタ処理において、アンテナから注目データまでの距離に応じてデジタルフィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更するため、注目データの値に影響を与える周辺データの範囲が距離に応じて変化する。それにより、デジタルフィルタ処理において、周辺データの範囲を広くして注目データが周辺データの影響を受け易くしたり、逆に周辺データの範囲を狭くして注目データが周辺データの影響を受け難くしたりすることができる。このような周辺データの影響の大小を変更することによってデジタルフィルタ処理による画像の拡大倍率の変更をアンテナからの距離に応じて行うことができる。

本発明によれば、アンテナからの距離に応じた拡大を行わせることができ、かつ拡大倍率の変更の設定が容易になる。

本発明の第1実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。 アンテナとスイープデータとの関係を説明するための概念図 表示画面に表示されるフィルタ処理前の画像の一例を示す図。 （ａ）データ処理前のアンテナに近いデータの状況を説明するための概念図、（ｂ）データ処理後の図４（ａ）に対応するデータの状況を説明するための概念図。 （ａ）データ処理前のアンテナから遠いデータの状況を説明するための概念図、（ｂ）データ処理後の図５（ａ）に対応するデータの状況を説明するための概念図。 デジタルフィルタの窓の一適用方法を説明するための概念図。 デジタルフィルタによる処理の効果を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。 デジタルフィルタの窓の他の適用方法を説明するための概念図。

＜第１実施形態＞
〔レーダ装置の構成〕
以下、本発明の第１実施形態に係るレーダ装置について図面を用いて説明する。図１は、このレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置１０は、アンテナ２０、送受信機３０、信号処理装置４０、データ処理装置５０及び表示装置６０を備えている。そして、データ処理装置５０は、スイープメモリ５１，５２、バッファメモリ５３、デジタルフィルタ５４、セレクタ５５、画像変換器５６及び画像メモリ５７を備えている。

図１において、セレクタ５５がスイープメモリ５１を選択している場合の構成、つまり、アンテナ２０、送受信機３０、信号処理装置４０、スイープメモリ５１、セレクタ５５、画像変換器５６、画像メモリ５７及び表示装置６０からなる構成が、従来のレーダ装置
と同じ構成である。そして、図１において、セレクタ５５がスイープメモリ５２を選択している場合の構成、つまり、アンテナ２０、送受信機３０、信号処理装置４０、バッファメモリ５３、デジタルフィルタ５４、スイープメモリ５２、セレクタ５５、画像変換器５６、画像メモリ５７及び表示装置６０からなる構成が、新たに加わった機能を実現するための構成である。

〔アンテナ〕
このレーダ装置１０において、アンテナ２０は、鋭い指向性を持ったパルス状電波（レーダ送信信号）のビームを送信するとともに、その周囲にある物標からの反射波を受信する。ビーム幅は、例えば２度に設定される。アンテナ２０は、水平面内で回転しながら、上述の送信と受信を繰り返す。回転数は、例えば２４ｒｐｍである。アンテナ２０が１回転する間に行う処理の単位を1スキャンとよぶ。また、レーダ送信信号を送信してから次のレーダ送信信号を送信する直前までの期間における送信と受信の動作をスイープとよぶ。１スイープの時間、すなわち送信周期は、例えば１ｍｓである。そして、１スイープ当たりの受信データ数がサンプル点数である。

アンテナ２０では、レーダ送信信号を、ある方向へ集中して発射することで、物標からの反射波（物標信号）を含むレーダ受信信号を受信する。レーダ受信信号は、物標信号成分のほか、クラッタや他のレーダ装置からの電波干渉波や受信機雑音などの成分を含む場合もある。

レーダ装置１０から物標までの距離は、その物標信号を含むレーダ受信信号の受信時間と、当該レーダ受信信号に対応するレーダ送信信号の送信時間との時間差から求められる。また、物標の方位は、対応するレーダ送信信号を送信するときのアンテナ２０の回転角度から求められる。

〔送受信機〕
送受信機３０は、レーダ送信信号を生成してアンテナ２０へ送出し、また、アンテナ２０からレーダ受信信号を取り込み、Ａ／Ｄ変換器４１に出力する。そのために、送受信機３０は、同一の時間間隔で、または、異なる時間間隔で、中間周波数のレーダ送信信号を生成する。レーダ送信信号は、例えば、チャープ信号として知られている周波数変調信号である。送受信機３０は、中間周波数のレーダ送信信号をローカル信号と混合して周波数変換し、送受切換器（図示省略）などを介してアンテナ２０に出力する。

送受信機３０は、送受切換器などを介してアンテナ２０から出力されるレーダ受信信号を取り込む。そして、レーダ受信信号をローカル信号と混合して中間周波数に変換し、後段のＡ／Ｄ変換器４１に出力する。

〔信号処理装置〕
上述のチャープ信号に対するパルス圧縮処理やレーダ受信信号に含まれる干渉波を除去する干渉除去などの信号処理が信号処理装置４０で行われる。このような信号処理をデジタル信号で行うために信号処理装置４０は、Ａ／Ｄ変換器４１を備えている。

Ａ／Ｄ変換器４１は、送受信機３０から出力される中間周波数に変換されたレーダ受信信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。ここでは、代表的な信号処理としてパルス圧縮処理や干渉除去を信号処理装置４０が行う場合を説明する。Ａ／Ｄ変換器４１で変換されたデジタル信号はパルス圧縮部４２にてパルス圧縮処理される。そのため、パルス圧縮部４２は、例えばトランスバーサルフィルタなどを備えている。パルス圧縮されたデジタル信号は、干渉除去部４３に入力され、干渉波が除去される。ここでは、パルス圧縮処理や干渉除去を信号処理として行う場合を示しているが、信号処理は、これらに限ら
れず、他の処理であってもよい。

〔データ処理装置〕
データ処理装置５０は、信号処理装置４０で信号処理されたデジタルデータを処理する。レーダ装置１０におけるデータ処理には、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理などの種々の処理があるが、ここでは、本発明に係る処理を記載する。従って、ここに記載されているデータ処理とＣＦＡＲ処理などの他のデータ処理を併せて行っても構わず、このデータ処理装置５０の構成は、以下に説明する構成には限られない。

データ処理装置５０は、２つのスイープメモリ５１，５２を備えている。これらスイープメモリ５１，５２は、レーダ受信信号のデジタル信号を方位毎（スイープ毎）に記憶する記憶装置である。以下の説明では、これらスイープメモリ５１，５２に記憶される各方位のデジタル信号をスイープデータという。スイープデータは、アンテナ２０からの距離に応じて順に記憶されているデータである。スイープメモリ５１は、例えば、方位毎にかつ距離の近いものから順にスイープデータを記憶することで、スイープデータにアンテナ２０を基準とした方位と距離の情報を付与している。

図２は、アンテナ２０とスイープデータとの関係を示す概念図である。スイープデータθ１には、アンテナ２０を基準として方位０度に対してθ１度の角度をなす方位θ１について距離Ｒ１〜Ｒｎまでのデータが含まれる。同様に、スイープデータθ２〜θ９には、それぞれ方位θ２〜θ９について距離Ｒ１〜Ｒｎのデータが含まれる。上述したように、アンテナ２０は回転しており、従って方位θ１のスイープデータＳ２の送受信の時には、アンテナ２０の長手方向に直交する方向に対してθ１度の角度を持った方向を向くが、図２では、図示を簡単にするためにアンテナの向きと方位との関係は無視している。また、スイープデータθ１〜θ９以外にもアンテナ２０の周囲３６０度から得られるレーダ受信信号から多数のスイープデータが生成されるが、図２ではこれらの記載を省略している。また、レーダ装置１０が船舶や車両や航空機などの移動体に積載されることが多く、そのような移動体とともにレーダ装置１０が移動している場合には移動に伴う方位や距離の補正が必要になるが、レーダ受信信号の補正については説明を省略し、補正された後の方位と距離に応じたスイープデータが信号処理装置４０から出力されているものとして以下の説明を行う。

スイープメモリ５１，５２には、後段の画像メモリ５７にスイープデータを記憶するまでの処理に必要な時間を得るため、少なくとも１スイープ分、例えば２スイープ分のスイープデータが常時記憶される。従来と同様の動作を行うときには、セレクタ５５でスイープメモリ５１が選択される。

一方、セレクタ５５でスイープメモリ５２が選択されるときは、アンテナ２０からの距離に応じた拡大倍率になるようにスイープデータのデータ処理が行われる。このようなデータ処理は、バッファメモリ５３及びデジタルフィルタ５４を用いて行われる。このデータ処理については、後ほど詳しく説明する。

データ処理装置５０はさらに、セレクタ５５から出力されるスイープデータを受け取る画像変換器５６と、画像変換器５６で変換されて生成された画像データを記憶する画像メモリ５７とを備えている。画像変換器５６では、アンテナ２０から回転角度に関する信号を受信しており、アフィン変換が行われ、距離Ｒと方位θで表される極座標から表示画面６１に対応したｘｙ座標に変換される。画像メモリ５７に記憶されている画像データは、後述の表示装置６０の表示画面６１の縦と横に対応して記憶されている。

〔表示装置〕
表示装置６０は、データ処理装置５０の画像メモリ５７に記憶されている画像データに基づいて画像の表示を行うＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示画面６１を備えている。画像メモリ５７に記憶されている画像データは、表示画面６１の縦と横に対応して記憶されているから、画像メモリ５７から順に読み出されるデータを表示画面６１の画素に合わせて縦横に並べて表示すれば、例えば図３に示すような画像が得られる。表示画面６１の画素数は、例えば６４０×４８０ドットである。

図３において、下方の比較的面積の大きな輝度が高い（明るい）領域１０１は陸地であり、上方の比較的面積の大きな輝度が低い（暗い）領域１０２が海であり、点在している輝度の高い小さな塊り１０３が小船などの物標である。図３を見ると分かるように、中心１００に近いところの解像度は高く、中心１００から遠いところの解像度は低くなっている。これは、図２に示されている例えば距離Ｒ１の１スキャンのデータ数と距離Ｒｎの１スキャンのデータ数とは同じであるため、距離Ｒ１のような近いところでは一つのデータが示す範囲が狭くなり、距離Ｒｎのような遠いところでは一つのデータが示す範囲が広くなるからである。

〔データ処理装置の動作〕
セレクタ５５によってスイープメモリ５２の出力が選択されている場合のデータ処理について説明する。デジタルフィルタ５４は、バッファメモリ５３から読み出されるスイープデータを濾波する。この濾波の設定が距離Ｒ１〜Ｒｎの長さに応じて変更される。

図４及び図５を用いて、デジタルフィルタ５４によるデータ処理について説明する。図４はアンテナ２０に比較的近い領域のデータ処理を説明するための図であって、図４（ａ）にデータ処理前のデータの状況が示され、図４（ｂ）にフィルタ処理後のデータの状況が示されている。また、図５は、図４に比べてアンテナ２０から少し離れた領域のデータ処理を説明するための図であって、図５（ａ）にデータ処理前のデータの状況が示され、図５（ｂ）にフィルタ処理後のデータの状況が示されている。図４及び図５の各データについて、データの値が大きいほど斜線で示されている面積が大きくなるように表されており、即ち斜線で示されている領域に物標などからの反射波があることが示されている。また、ここでは説明を簡単にするために斜線が示されていないデータの値は０とするが、実際にはデータの値が例えば０に近い値であればよい。

図４に示されているように、アンテナ２０に比較的近い距離Ｒ１〜Ｒ１０については、デジタルフィルタ５４が５×５の窓Ｗ１を用いてフィルタ処理する。一方、図５に示されているように、アンテナ２０から少し離れた距離Ｒｍ＋１〜Ｒｍ＋１０については、デジタルフィルタ５４が３×３の窓Ｗ２を用いてフィルタ処理する。ここで、ｍは１０より大きな整数である。

デジタルフィルタ５４は、窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータの値を窓Ｗ１，Ｗ２に入っているデータの中の最大値に置き換える一種のＦＩＲ（finite impulse response）フィルタである。例えば図４（ａ）に示されている状態では、窓Ｗ１が方位方向ではθ１〜θ５、距離方向ではＲ１〜Ｒ５のデータを覆っている。この状態で、窓Ｗ１に覆われているデータの中で最も値が高いのは、方位θ５、距離Ｒ５のデータである。従って、このときの窓Ｗ１の中心の方位θ３、距離Ｒ３のデータの値が方位θ５、距離Ｒ５のデータの値に置き換えられる。窓Ｗ１を距離方向に一つずつずらしながら一つの方位のスイープデータの全てが一回は中心のデータとなるように上述のフィルタ処理と同様のフィルタ処理を行う。その後、窓Ｗ１を方位方向に一つずらして先ほどと同様に窓Ｗ１を距離方向に一つずつずらしながら一つの方位のスイープデータの全てが一回は中心となるように上述のフィルタ処理と同様のフィルタ処理を行う。図４（ａ）のデータにこのようなフィルタ処理を行うと、図４（ｂ）に示されているように物標を示すデータの範囲が広がる。

アンテナ２０から遠い場合には図５に示されているようにフィルタ処理に窓Ｗ２が用いられる。図５（ａ）に示されている窓Ｗ２の大きさが３×３であるため、図５（ａ）に示されている状態では、窓Ｗ２に覆われているデータの中で最も値が高いのは方位θ４、距離Ｒｍ＋４のデータである。そのため、このときの窓Ｗ２の中心の方位θ３、距離Ｒｍ＋３のデータの値が方位θ４、距離Ｒｍ＋４のデータの値に置き換えられる。図５（ａ）のスイープデータに対しても窓Ｗ２を用いてデジタルフィルタ５４でフィルタ処理が行われ、図５（ｂ）に示されているデータが得られる。図５を図４と比較すると、デジタルフィルタ５４で処理される前のデータで値が０でないデータ数は図５（ａ）に示されている方が多く、デジタルフィルタ５４で処理された後のデータで値が０でないデータ数は図４（ｂ）に示されている方が多くなっている。

このようなデジタルフィルタ５４による処理を行うためには、例えば、デジタルフィルタ５４の窓のうちで大きさが最大のものをｕ×ｕとすると、ｕ個の方位についてのスイープデータが必要になる。スイープメモリ５１，５２を大きくすると、レーダ装置１０のコスト上昇の要因になるので、従来は上述のようにスイープメモリ５１，５２が記憶するスイープデータは例えば１〜３スイープ程度である。そこで、記憶するスイープ数を拡大するためにバッファメモリ５３が設けられている。

従って、バッファメモリ５３も基本的にはスイープメモリ５１，５２と同じ構成であるが、バッファメモリ５３はスイープメモリ５１，５２に比べてメモリ容量が増やされて記憶することができるスイープ数が増加している。

上述の説明では、デジタルフィルタ５４が２種類の窓Ｗ１，Ｗ２を距離に応じて変更する場合について説明したが、もっと数多くの窓、例えば図６に示されているような６種類の窓Ｗ１１、Ｗ１２，Ｗ１３，Ｗ１４，Ｗ１５，Ｗ１６を用いてもよい。この場合、窓の大きさは、Ｗ１＞Ｗ１２＞Ｗ１３＞Ｗ１４＞Ｗ１５＞Ｗ１６である。例えば、窓Ｗ１６が３×３、窓Ｗ１５が５×５、窓Ｗ１４が７×７、窓Ｗ１３が９×９、窓Ｗ１２が１１×１１、窓１１が１３×１３の大きさを持っている。６種類の窓が用いられる範囲は、窓と同じ符号が付された距離Ｒ１，Ｒｎの間の矢印でそれぞれ示されている範囲である。表示画面６１の画素数は上述のように例えば６４０×４８０ドットであり、距離方向のサンプル数や１スキャンのスイープ数に至っては、例えば数千に及ぶこともあるので、上述のような窓の大きさに設定することができる。また、表示画面６１の画素数に対して、１スキャンのサンプル数の方が多くなるので、データを間引いて表示することになる。ここでは、計算時間やメモリ容量を抑制するため、スイープデータは、間引かれた後のデータである。しかし、間引く前のデータを用いてデジタルフィルタ５４に上述のフィルタ処理を行わせることもできる。

＜特徴＞
（１）アンテナ２０を中心に方位を変えて送信ビームを繰り返し放射して、その送信ビームによる反射エコーを同じアンテナ２０で受信するように構成されていると、遠くの距離にある物標の反射エコーほど分解能が低下する。つまり、近傍の物標は、分解能が高いため、表示画面６１に小さく表示されて視認し難くなる。

そのため、アンテナ２０近傍の物標を拡大して見やすくしたいときには、セレクタ５５によってスイープメモリ５２が選択される。バッファメモリ５３（請求項１のメモリ）は、アンテナ２０を基準とする距離と方位に関連付けてＡ/Ｄ変換器４１で変換されたスイープデータ（デジタルデータ）を記憶する。デジタルフィルタ５４は、アンテナ２０からの距離に応じて窓Ｗ１，Ｗ２の大きさ（周辺データの範囲）を変更する。

例えば、図４（ａ）に示されているデジタルフィルタ５４が大きな窓Ｗ１を用いると（周辺データの範囲を広くすると）、窓Ｗ１の中心（Ｒ３，θ３）のデータ（注目データ）の値が、窓Ｗ１の（Ｒ１〜Ｒ５，θ１〜θ５）の２５個のデータ（周辺データ）の値のうちの最大値に置き換えられる。一方、図５（ａ）に示されているデジタルフィルタ５４が小さな窓Ｗ２を用いると（周辺データの範囲を狭くすると）、窓Ｗ１の中心（Ｒ３，θ３）のデータ（注目データ）の値が、窓Ｗ２の（Ｒ２〜Ｒ４，θ２〜θ４）の９個のデータ（周辺データ）の値のうちの最大値に置き換えられる。その結果、図４（ｂ）と図５（ｂ）を比較して分かるように、窓Ｗ１を使って即ち周辺データの範囲を広くして窓Ｗ１の中心のデータ（注目データ）が周辺データの影響を受け易くなることにより、窓Ｗ２を使って即ち周辺データの範囲を狭くして窓Ｗ２の中心のデータ（注目データ）が周辺データの影響を受け難くした場合よりもデジタルフィルタ５４の拡大倍率が大きくなるように設定することができる。これらの窓Ｗ１，Ｗ２のように窓の大きさを距離Ｒ１〜Ｒｎに応じて変更すること即ち注目データに関連付けられているアンテナからの距離に応じてフィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更することにより、アンテナ２０からの距離に応じた表示の拡大倍率の変更ができる。

（２）デジタルフィルタ５４は、窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値（周辺データの示すエコー信号の最大の強さ）が窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータの値（注目データの示すエコー信号の強さ）よりも大きい（エコー信号の強さが強い）ときには、中心のデータの値を窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値に置き換える。それにより、窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータが大きくなる即ち注目データが示すエコー信号の強さが強められる。その結果、アンテナ２０の位置に近い物標の画像が拡大され易くなり、アンテナ２０の位置から遠い画像が拡大され難くなり、アンテナ２０の位置に近い方の拡大倍率を遠い方に比べて大きくすることができる。

なお、上記第１実施形態では、デジタルデータの例としてスイープデータを示しているが、デジタルデータは上記のスイープデータに限られるものではなく、エコー信号から画像データを得るまでの過程で生成される途中のデータであればよい。また、上記第１実施形態では、表示画面６１に表示されるための画像データとしてＸ−Ｙ座標系の画像データを例に挙げて説明しているが、画像データは表示画面６１やその表示方式に適したものであればよく、Ｘ−Ｙ座標系のデータに限られるものではない。

（３）デジタルフィルタ５４は、窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータ（注目データ）の値が所定値以下の場合に中心のデータの周辺にある周辺データの中に所定値よりも大きな値があれば中心のデータの値を所定値よりも大きな値に変換する特性を有するＦＩＲフィルタであるといえる。

特に、このデジタルフィルタ５４は、窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータ（注目データ）の値を当該中心のデータの周辺にある周辺データの値のうちの最大値に置き換える最大値フィルタである。

そして、デジタルフィルタ５４は、アンテナ２０からの距離が所定距離より遠いものに対応する窓Ｗ１の大きさを、所定距離よりも近いものに対応する窓Ｗ２の大きさよりも大きくする。上記実施形態では、窓Ｗ１，Ｗ２は距離方向と方位方向のデータ数が同じであって図４（ａ）や図５（ａ）には正方形の形状として表示されているが、これらの数は同じでなくてもよく、例えば一方が多くなって図４（ａ）や図５（ａ）に表示したときに長方形になるような窓を設定してもよい。一般的に、周辺データの距離方向のデータ数及び方位方向のデータ数よりも近いものに対応する周辺データの距離方向のデータ数及び方位方向のデータ数のうちの少なくとも一方を多くする変更を行うことによりフィルタ処理を変更すればよい。

また、上記実施形態では、デジタルフィルタ５４として最大値フィルタについて説明したが、上述のように、デジタルフィルタ５４は注目データの値が所定値以下の場合に注目データの周辺にある周辺データの中に所定値よりも大きな値があれば所定値よりも大きな値に変換する特性を有するＦＩＲフィルタであればよい。そして、このようなＦＩＲフィルタでは、アンテナ２０からの距離が所定距離より遠いものに対応する注目データの周辺データの範囲よりも近いものに対応する周辺データの範囲を大きくする変更を行うことによりフィルタ処理を変更すればよい。

そうすると、ＦＩＲフィルタがアンテナから近い注目データについては大きな範囲の中に所定値よりも大きな値を持つデータがあれば注目データの値が所定値よりも大きなものに変更されるので、その範囲が小さなアンテナから遠い注目データに比べて所定値が大きくなる確率が高くなる。そのため、このようなＦＩＲフィルタでスイープデータを処理すると、アンテナから遠い物標よりも近い物標の拡大倍率を大きくすることができる。

図３に示した表示画面６１の画像が、図６に示したフィルタ処理の変更を行いながらデジタルフィルタ５４でフィルタ処理を行うと、図７に示した画像に変換される。図７を図３と比較すると、中心１００に近い図７の小船１０３Ａの表示が図３の小船１０３の表示よりも大きくなっていることが分かる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るレーダ装置について図８を用いて説明する。第２実施形態に係るレーダ装置１０Ａは、第１実施形態に係るレーダ装置１０と同様に、アンテナ２０と送受信機３０と信号処理装置４０とデータ処理装置５０Ａと表示装置６０とを備えている。

第１実施形態と第２実施形態で異なる点は、データ処理装置５０，５０Ａの構成の違いである。アンテナ２０と送受信機３０と信号処理装置４０と表示装置６０の構成や動作が第１実施形態のレーダ装置１０と第２実施形態のレーダ装置１０Ａで同じであるので、これらの説明は省略する。

上記第１実施形態では、デジタルフィルタ５４による処理をスイープデータについて行う場合について説明したが、同様の処理を画像メモリ５７が記憶する画像データに対して行ってもよい。このような場合には、バッファメモリ５３とデジタルフィルタ５４とセレクタ５５に対応するバッファメモリ５３Ａとデジタルフィルタ５４Ａとセレクタ５５Ａとがデータ処理装置５０Ａに設けられる。そして、セレクタ５５Ａは、画像変換器５６の後段に設けられる。セレクタ５５Ａは、従来と同様の処理を行う場合には、画像変換器５６の出力が画像メモリ５７に出力するように接続を切り換える。

第１実施形態で説明したようなアンテナ２０に近い物標を大きく表示させるような処理を行う場合には、セレクタ５５Ａは、画像変換器５６の出力がバッファメモリ５３Ａに対して出力されるように接続を切り換える。

バッファメモリ５３Ａ及びデジタルフィルタ５４Ａで行われる処理は、処理の対象となるデータがＲ−θ座標系からＸ−Ｙ座標系に変換したエコーデータである点で異なるが、バッファメモリ５３及びデジタルフィルタ５４で行われていたＲ−θ座標系のスイープデータについての処理と同じものである。デジタルフィルタ５４Ａでは、データの配列に、距離方向Ｒに代えてＸ軸方向が用いられ、方位方向θに代えてＹ軸方向が用いられる。Ｘ軸方向とＹ軸方向にマトリクス状に並ぶＸ−Ｙ座標系の画像データを処理するデジタルフィルタ５４Ａにおいては、デジタルフィルタ５４Ａの窓Ｗ１，Ｗ２の大きさは、距離方向
Ｒのデータ数に代えてＸ軸方向のデータ数で規定され、方位方向θのデータ数に代えてＹ軸方向のデータ数で規定される。デジタルフィルタ５４Ａでは、Ｘ軸方向やＹ軸方向に窓Ｗ１，Ｗ２が移動し、窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値が窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータの値よりも大きいときには、中心のデータの値が窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値に置き換えられる。このようにしてデジタルフィルタ５４Ａで処理されたデータは、順次画像メモリ５７に格納される。

そして、画像メモリ５７に格納された画像データが表示画面６１に表示される点は第１実施形態の場合と同様である。セレクタ５５Ａでバッファメモリ５３Ａとデジタルフィルタ５４Ａを経由する処理が選択された場合には、図４や図５を用いて説明されているように、アンテナ２０に近いところの物標などが拡大されて表示される。

＜特徴＞
（１）
アンテナ２０近傍の物標を大きくして見やすくしたいときには、セレクタ５５Ａによって画像変換器５６の出力がバッファメモリ５３Ａとデジタルフィルタ５４Ａとを経由するように切り換えられる。バッファメモリ５３Ａ（請求項１のメモリ）は、アンテナ２０を基準とする距離と方位に関連付けて画像変換器５６で変換された画像データのうちデジタルフィルタ５４Ａの処理に必要なものを記憶する。デジタルフィルタ５４Ａは、アンテナ２０からの距離に応じて窓Ｗ１，Ｗ２の大きさ（周辺データの範囲）を変更する。それにより、アンテナ２０からの距離に応じた表示の拡大倍率の変更ができる。

なお、上記第２実施形態の説明では、デジタルフィルタ５４Ａが画像メモリ５７の前にある場合が挙げられているが、バッファメモリ５４Ａやデジタルフィルタ５４Ａは画像メモリ５７の後に設けられてもよい。例えば、画像メモリ５７の直後にデジタルフィルタ５４Ａが設けられている場合には画像メモリ５７が請求項１のメモリに該当することになる。

（２）デジタルフィルタ５４Ａも、窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値が窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータの値よりも大きいときには、中心のデータの値を窓Ｗ１，Ｗ２内のデータの最大値に置き換える。それにより、窓Ｗ１，Ｗ２の中心のデータが大きくなる。その結果、アンテナ２０の位置に近い画像が拡大され易くなり、アンテナ２０の位置から遠い画像が拡大され難くなり、アンテナ２０の位置に近い方の拡大倍率を遠い方に比べて大きくすることができる。

＜変形例１＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、ＦＩＲフィルタとして、最大値フィルタであるデジタルフィルタ５４を用いた。しかし、ＦＩＲフィルタは、最大値フィルタ以外のフィルタであってもよく、例えば、注目データの値を当該注目データの周辺にある周辺データの平均値に置き換える移動平均フィルタであってもよい。

デジタルフィルタ５４に代えて移動平均フィルタを用い、アンテナ２０からの距離が所定距離より遠いものに対応する注目データの周辺データの距離方向のデータ数及び方位方向のデータ数よりも近いものに対応する周辺データの距離方向のデータ数及び方位方向のデータ数のうちの少なくとも一方を多くする変更を行うことによりフィルタ処理を変更するように設定する。

そうすると、ＦＩＲフィルタがアンテナから近い比較的値の大きなデータの影響がアンテナから遠い場合に比べて広範囲に及ぶようになるので、このようなＦＩＲフィルタでスイープデータを処理すると、アンテナから遠い物標よりも近い物標の拡大倍率を大きくす
ることができる。

＜変形例２＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、デジタルフィルタ５４の窓Ｗ１，Ｗ２を距離方向又は方位方向に一つずつ動かす場合について説明した。しかし、移動させるデータ数は一つには限られず、複数であってもよい。ただし、複数移動させる場合には、中心とならなかったデータについて、中心となった周囲のデータを用いて補完するなどの処理を行う。

例えば、距離方向に２つ移動させる場合には、中心とならなかったデータの前後にある中心となったデータの値の平均値をそれらの中心とならなかったデータの値と置き換える処理を行う。

＜変形例３＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、図６の窓Ｗ１１〜Ｗ１６を示して、窓の距離方向のデータ数と方位方向のデータ数が同じで、３×３、５×５、７×７、９×９、１１×１１、１３×１３のように距離方向のデータ数と方位方向のデータ数が距離に応じて同じ割合で変更される場合について説明した。

しかし、窓は、距離方向のデータ数と方位方向のデータ数が異なるものであってもよい。また、距離に応じて変更する場合も、図９に示されている窓Ｗ２１、Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４，Ｗ２５，Ｗ２６のように、距離方向のデータ数Ｎ_Ｒと方位方向のデータ数Ｎ_ｄの比率がアンテナ２０からの距離に応じて異なるように変更してもよい。

また、データ数の変更方法も、例えば、アンテナ２０からの距離に応じて方位方向のデータ数Ｎ_ｄの変化する割合が、距離方向のデータ数Ｎ_Ｒの変化する割合よりも小さくなるように構成してもよい。

＜変形例４＞
上記の窓Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１１〜Ｗ１６，Ｗ２１〜Ｗ２６は、全体にわたって距離方向のデータ数が同じでかつ方位方向のデータ数が同じであったが、窓の形態はこのようなものに限られるものではない。例えば、窓の距離方向のデータ数Ｎ_Ｒが方位の増加に従って漸増した後に漸減し、窓の方位方向のデータ数Ｎ_ｄが距離の増加に従って漸増した後に漸減するように構成されてもよい。距離方向のデータ数を示す縦軸と方位方向のデータ数を示す横軸が同じ大きさのグラフを用いると、全体にわたって距離方向のデータ数が同じでかつ方位方向のデータ数が同じである場合には前述のグラフ上では窓の形が矩形になる。同様のグラフに、距離方向のデータ数Ｎ_Ｒが方位の増加に従って漸増した後に漸減し、かつ窓の方位方向のデータ数Ｎ_ｄが距離の増加に従って漸増した後に漸減するような窓を描くと、窓の形は、例えば、その漸増や漸減の仕方によって、菱形や円形や楕円形などになる。

＜変形例５＞
次に、本発明の変形例５に係るレーダ装置について説明する。変形例５に係るレーダ装置は、第１実施形態に係るレーダ装置１０と同様に、アンテナ２０と送受信機３０と信号処理装置４０とデータ処理装置５０と表示装置６０とを備えている。変形例５に係るレーダ装置が第１実施形態に係るレーダ装置１０と異なる点は、第１実施形態に係るレーダ装置１０がＦＩＲフィルタをデジタルフィルタ５４に用いているのに対し、変形例５に係るレーダ装置ではデジタルフィルタ５４に代えてＩＩＲ（infinite impulse response）フィルタを用いる点である。

デジタルフィルタ５４では、注目するデータに対して距離方向と方位方向の両方に広がっている周囲の状態を考慮したが、ＩＩＲフィルタを用いる場合には、注目するデータの距離方向における周囲の状態のみを考慮し、方位方向の周囲の状態は考慮に入れない。

ＩＩＲフィルタを用いる場合には、例えばフィルタ処理前の画像データＸ（ｎ）とフィルタ処理後の画像データＹ（ｎ）の関係は、画像データＹ（ｎ）の一つ前の画像データＹ（ｎ−１）を用いて次式のように表せる。

Ｙ（ｎ）＝（１−α）×Ｘ（ｎ）＋α×Ｙ（ｎ−１）
上式において、αは定数であり、その範囲は０≦α≦１である。このようなフィルタの場合には、定数αの値を距離に応じて変更する。この定数αの変更によって、濾波前のデジタル信号に応じて表示画面に表示されるデータの画素数に比べて濾波後の当該デジタル信号に応じて表示画面に表示されるデータの画素数がアンテナから遠くにあるものより近くにあるものの方が多く増加するようにフィルタ係数の変更を行う。

上記実施形態と同様に、ＩＩＲフィルタが濾波前のスイープデータに応じて表示画面６１に表示されるデータの画素数に比べて濾波後の当該スイープデータに応じて表示画面６１に表示されるデータの画素数がアンテナから遠くにあるものより近くにあるものの方が多く増加するように、アンテナ２０からの距離に応じて定数α（フィルタ係数）を変更するので、アンテナ２０から遠い物標よりも近い物標の拡大倍率を大きくすることができる。

＜変形例６＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、エコー信号の強さが強い（エコー信号の振幅が大きい）ときにデジタルデータの値が大きくなる場合について説明した。そのため、アンテナ２０の近傍の物標を大きく表示したいときには、窓の中のデータの最大値を窓の中心のデータの値とするデジタルフィルタ処理を行う場合を説明した。また、窓の中のデータの平均値が窓の中心のデータの値より大きい場合に、平均値を窓の中心のデータの値とするデジタルフィルタ処理を行う場合を説明した。

例えば、エコー信号の強さが強い（エコー信号の振幅が大きい）ときにデジタルデータの値が小さくなるように設定されている場合については、アンテナ２０の近傍の物標を大きく表示したいときに、上記実施形態とは逆に、例えば窓の中のデータの最小値を窓の中心のデータの値とするデジタルフィルタ処理を行ってもよい。そうすることで、窓が大きいほどデジタルデータの値が小さくなる（エコー信号の強さが強められる）可能性が大きくなり、エコー信号の強い部分の表示面積を拡大できる。

＜変形例７＞
上記第１実施形態及び第２実施形態では、データ処理装置５０のデジタルフィルタ５４やセレクタ５５が、例えば集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

また、データ処理装置５０は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能なプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。このプログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭや
ＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

２０ アンテナ
３０ 送受信機
４０ 信号処理装置
５０，５０Ａ データ処理装置
５１，５２ スイープメモリ
５３，５３Ａ バッファメモリ
５４，５４Ａ デジタルフィルタ
５５，５５Ａ セレクタ
５６ 画像変換器
５７ 画像メモリ
６０ 表示装置

特許第４４１３５８５号公報

Claims (14)

1. アンテナを介して受信されたエコー信号に基づいて生成されるデジタルデータから、前記アンテナ周辺の状況を表示するための画像データを生成するデータ処理装置であって、
   前記デジタルデータをアンテナからの距離と方位に関連付けて記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶された前記デジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データの値を、前記注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に置き換えるデジタルフィルタと、を備え、
   前記デジタルフィルタは、前記注目データに関連付けられている前記アンテナからの距離に応じて、フィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更する、ことを特徴とするデータ処理装置。
2. 請求項１に記載のデータ処理装置であって、
   前記デジタルフィルタは、前記周辺データの示す前記エコー信号の強さが前記注目データの示す前記エコー信号の強さよりも強いときには、前記注目データの値を前記周辺データの値に基づいた値に置き換え、前記注目データが示す前記エコー信号の強さを強める、ことを特徴とするデータ処理装置。
3. 請求項１または２に記載のデータ処理装置であって、
   前記デジタルフィルタは、前記アンテナから前記注目データまでの距離が遠いときよりも近いときの方が広い範囲の周辺データを使用する、ことを特徴とするデータ処理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のデータ処理装置であって、
   前記デジタルフィルタは、周辺データの範囲を定める、距離方向のデータ数と方位方向のデータ数の比率が前記アンテナから前記注目データまでの距離に応じて異なるようにすることを特徴とするデータ処理装置。
5. 請求項４に記載のデータ処理装置であって、
   前記方位方向のデータ数は、前記距離方向のデータ数よりも、前記アンテナから前記注目データまでの距離に応じて変化する割合が小さいことを特徴とするデータ処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のデータ処理装置であって、
   前記デジタルフィルタは、前記周辺データの範囲を窓によって規定し、前記窓が全体にわたって前記距離方向のデータ数が同じでかつ方位方向のデータ数が同じである、ことを特徴とするデータ処理装置。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載のデータ処理装置であって、
   前記デジタルフィルタは、前記周辺データの範囲を窓によって規定し、前記窓の前記距離方向のデータ数が方位の増加に従って漸増した後に漸減し、かつ前記窓の前記方位方向のデータ数が距離の増加に従って漸増した後に漸減する、ことを特徴とするデータ処理装置。
8. 請求項１または２に記載のデータ処理装置であって、
   前記メモリは、連続する複数回の送受信で得られたエコー信号をＲ−θ座標系の前記デジタルデータで記憶するメモリである、ことを特徴とするデータ処理装置。
9. 請求項１または２に記載のデータ処理装置であって、
   前記メモリは、Ｒ−θ座標系で得られたエコー信号をＸ−Ｙ座標系に変換する変換部を備え、前記エコー信号をＸ−Ｙ座標系の画像データで記憶するメモリである、ことを特徴とするデータ処理装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のデータ処理装置であって、
    前記デジタルフィルタは、前記注目データの値を、前記注目データ及び前記周辺データのうちの最大値に置き換えるＦＩＲフィルタを含むことを特徴とするデータ処理装置。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載のデータ処理装置であって、
    前記デジタルフィルタは、前記注目データの値を、前記注目データ及び前記周辺データの平均値に置き換えるＦＩＲフィルタを含むことを特徴とするデータ処理装置。
12. アンテナを介して受信されたエコー信号に基づいて生成されるデジタルデータから、前記アンテナ周辺の状況を表示するための画像データを生成するデータ処理方法であって、
    前記デジタルデータをアンテナからの距離と方位に関連付けて記憶する記憶ステップと、
    前記記憶ステップで記憶された前記デジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に、前記注目データの値を置き換えるデジタルフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、を備え、
    前記フィルタ処理ステップでは、前記注目データに関連付けられている前記アンテナからの距離に応じて、前記デジタルフィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更する、ことを特徴とするデータ処理方法。
13. 請求項１２に記載のデータ処理方法であって、
    前記デジタルフィルタ処理は、前記周辺データの示す前記エコー信号の強さが前記注目データの示す前記エコー信号の強さよりも強いときには、前記注目データの値を前記周辺データの値に基づいた値に置き換え、前記注目データが示す前記エコー信号の強さを強める処理を含む、ことを特徴とするデータ処理方法。
14. 放射する方位を変えて送信ビームを繰り返し放射し、反射体からの反射エコーを受信する送受信のためのアンテナと、
    前記アンテナで受信されるエコー信号に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタルデータを得るためのアナログ・デジタル変換器と、
    前記アンテナを基準とする距離と方位に関連付けて前記アナログ・デジタル変換器で変換して得られたデジタルデータを記憶するためのメモリと、
    前記メモリから読み出されるデジタルデータのうち、処理対象のデータである注目データ及び該注目データの周辺にある周辺データの値に基づいた値に、前記注目データの値を置き換えるデジタルフィルタと、
    前記デジタルフィルタで濾波されたデジタルデータに基づく表示を行うための表示画面と、
    を備え、
    前記デジタルフィルタは、前記注目データに関連付けられている前記アンテナからの距離に応じて、フィルタ処理に使用する周辺データの範囲を変更する、ことを特徴とするレーダ装置。

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