JPWO2019150848A1 - レーダアンテナ装置及び方位測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】方位測定機能を有する安価でコンパクトなレーダアンテナ装置を提供する。【解決手段】レーダアンテナ装置１は、レドーム１０と、アンテナ部２と、磁気式方位測定部３と、を備える。アンテナ部２は、レドーム１０の内部で回転しながら電波を送受信する。磁気式方位測定部３は、レドーム１０に収容され、磁気により方位を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、回転しながら電波を送受信するアンテナ部を備えるレーダアンテナ装置において、方位を測定する構成に関する。

従来から、船舶等において用いられるレーダアンテナ装置に方位測定装置を取り付けて、船舶の方位を取得する構成が知られている。特許文献１は、この種のレーダアンテナ装置を開示する。

特許文献１の空中線装置は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信・処理してディジタルデータを出力する複数のＧＰＳ空中線部から構成するＧＰＳコンパスを、 レーダビームを送信してレーダエコーを受信するレーダ空中線部よりも上部で、レーダビーム輻射範囲外に設けた構成となっている。

特開２００３?８４０５９号公報

しかし、上記特許文献１の構成は、高価なＧＰＳコンパスを使用しているため、コストが増大してしまう。なお、地磁気の測定を安価に実現できる方法として、 磁気式の方位測定装置が提案されているが、磁気式方位測定装置は、周囲の部品又は構造物（船体等）が発する磁気の影響を受け易い。特に、周囲に可動部品が 存在する場合、当該可動部品による磁気の影響は、時間的に変動しているため、磁気式方位測定装置の自差修正等によって補正できず、測定精度を確保すること が困難である。

即ち、マグネトロンを使用しないレーダの普及に伴い、特許文献１における高価なＧＰＳを安価な磁気式方位 測定装置に変更することが可能となっても、レーダ装置内において、アンテナ及びアンテナを駆動するための機構部品等の可動部品が存在しているため、これら の影響を除くことは新たな課題となる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、方位測定機能を有する安価でコンパクトなアンテナ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成のレーダアンテナ装置が提供される。即ち、このレーダアンテナ装置は、筐体と、アンテナ部と、磁気式方位測定部 と、を備える。前記アンテナ部は、前記筐体の内部で回転しながら電波を送受信する。前記磁気式方位測定部は、前記筐体に収容され、磁気により方位を測定す る。

これにより、地磁気の検出により方位を測定する磁気式方位測定部と、アンテナ部と、を１つのレーダアンテナ装置にまとめることができるので、安価でコンパクトな方位測定機能付きのレーダアンテナ装置を実現することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレーダアンテナ装置は、前記アンテナ部の回転角度を検出するアンテナ角 度検出部を備える。前記磁気式方位測定部は、磁気検出部と、方位計算部と、を備える。前記磁気検出部は、磁気を検出する。前記方位計算部は、前記回転角 度、及び、前記磁気検出部からの磁気検出値に基づいて、前記方位を計算する第１計算処理を行う。

これにより、磁気式方位測定部は、アンテナ部の回転に伴う磁気検出への影響を考慮して、方位を計算することができる。従って、磁気式方位測定部が筐体に収容されていても、方位を高精度で測定することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記磁気式方位測定は、前記回転角度と前記磁気検出値とを対応付けて記憶する記憶部を更に備えることが好ましい。

これにより、回転角度毎における磁気検出値を個別に利用することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記磁気式方位測定部は、補正値生成部を備える。前記補正値生成部は、前記 磁気検出部の検出結果を補正するための磁気補正値を生成する。前記磁気検出値は、前記記憶部に記憶された前記磁気検出値の、前記アンテナ部が回転する少な くとも１周分に基づいて求められる。

これにより、磁気検出への影響がアンテナ部の回転角度に応じて異なることを考慮して、方位の計算を精度良く行うことができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記磁気補正値は、前記アンテナ部の所定回転角度毎に求められる。前記記憶部は、前記磁気補正値と前記回転角度とを対応付けて記憶する。

これにより、所定の回転角度毎における磁気検出値を補正することができるので、方位の計算をより精度良く行うことができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記磁気補正値を用いて、前記磁気検出値を補正して前記方位を計算することが好ましい。

これにより、アンテナ部の回転に伴う磁気検出への影響を補正でき、方位を正確に算出することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記磁気補正値は、前記記憶部に記憶される磁気検出値と、当該磁気検出値を前記アンテナ部の回転の少なくとも１周分にわたって平均した値と、の差であることが好ましい。

これにより、アンテナ部の回転に伴う磁気検出への影響を、簡単な計算により良好に取り除くことができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記補正値生成部は、前記磁気検出部の検出結果を補正する磁気補正値と、前記回転角度と、の関係を求める前に、前記記憶部に記憶される磁気検出値に対してフィルタ処理を行うことが好ましい。

これにより、磁気補正値を求めるためのデータに対して適宜のフィルタ処理を行うことで、磁気補正値をより適切に求めることができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記フィルタ処理は、複数の前記磁気検出値の平均を計算する処理であることが好ましい。

これにより、簡単な処理で、磁気検出値に含まれる不規則なノイズを予め低減しておくことができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記記憶部は、前記磁気検出値及び前記磁気補正値を更新可能に記憶することが好ましい。

これにより、磁気検出への影響に関する状況の変化を反映させて、方位を取得することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレーダアンテナ装置は、角速度検出部と、測定制御部と、を備える。前記 角速度検出部は、当該レーダアンテナ装置の方位が変化する角速度を測定する。前記測定制御部は、前記磁気式方位測定部による前記方位の測定を制御する。前 記測定制御部は、前記角速度検出部で検出された角速度が所定閾値以上である場合、前記方位計算部の前記第１計算処理を停止させる。

即ち、当該レーダアンテナ装置が搭載される移動体が旋回する場合は、地磁気の検出が不安定となり、方位の測定誤差が発生し易い。従って、移動体が旋回するときに第１計算処理を停止することで、方位の測定精度の低下を防止することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記方位計算部は、前記第１計算処理の停止時に、ある時点で得られた前記方位と、前記角速度検出部で検出される前記角速度と、に基づいて前記方位を取得する第２計算処理を行うことが好ましい。

これにより、例えば、第１計算処理により得られる方位の精度が期待できない場合でも、検出された角速度に基づく第２計算処理によって方位を代替的に取得することができる。この結果、方位測定の継続性を確保することができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレーダアンテナ装置は、角速度検出部と、測定制御部と、を備える。前記 角速度検出部は、当該レーダアンテナ装置の方位が変化する角速度を測定する。前記測定制御部は、前記磁気式方位測定部による前記方位の測定を制御する。前 記方位計算部は、前記第１計算処理又は第２計算処理を行う。前記第２計算処理は、ある時点で得られた前記方位と、前記角速度検出部で検出される前記角速度 と、に基づいて前記方位を計算する。前記アンテナ部を間欠的に回転させる。前記アンテナ部の回転が停止している場合、前記方位計算部は前記第２計算処理を 行う。前記アンテナ部が回転している場合、前記方位計算部は前記第１計算処理を行う。

これにより、誤差が累積する性質を 有する第２計算処理が長時間継続することを、アンテナ部を間欠的に回転させて第１計算処理の機会を確保することで、回避することができる。従って、例えば レーダ機能を長時間使用しない場合において、アンテナの回転停止をある程度実現しつつ、方位の測定を精度良く行うことができる。

前記のレーダアンテナ装置においては、前記筐体はレドームであることが好ましい。

これにより、安価で方位測定機能付きのレドーム型のアンテナ装置を実現することができる。

本発明の第２の観点によれば、以下の方位測定方法が提供される。即ち、レーダアンテナ装置が備える筐体の内部でアンテナ部を回転させながら電波を送受信する。前記アンテナ部が回転する過程で、前記筐体に収容されている磁気式方位測定部が方位を測定する。

これにより、レーダアンテナ装置の安価でコンパクトな構成を実現しつつ、方位を測定することができる。

本発明の第１実施形態に係るレーダアンテナ装置の構成を示す模式図。 第１実施形態のレーダアンテナ装置の電気的な構成を示すブロック図。 磁気補正値の作成処理を、座標平面における磁気検出値のベクトルにより説明する概念図。 あるアンテナ角度で検出された磁気検出値の例に対し、磁気補正値に基づいて補正が行われる処理を説明する概念図。 図４と同一のアンテナ角度で検出された磁気検出値の他の例に対し、磁気補正値に基づいて補正が行われる処理を説明する概念図。 第２実施形態のレーダアンテナ装置の構成を示すブロック図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るレーダアンテナ装置１の構成を示す概観図である。図２は、第１実施形態のレーダアンテナ装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図１に示すレーダアンテナ装置１は、図略の船舶（移動体）に備えられるレーダ装置において、周囲を探知するための電波を送受信する目的で用いられる。レーダアンテナ装置１は、その正面方向が船首の向きと一致するように船体に固定される。

本実施形態において、レーダアンテナ装置１はレドーム型のアンテナ装置として構成されており、レドーム（筐体）１０と、アンテナ部２と、磁気式方位測定部３と、を備える。

レドーム１０は中空状に形成され、その内部には、アンテナ部２及び磁気式方位測定部３等が収容されている。レドーム１０は、その内部の部品を風雨等から保 護する。探知性能の向上のために、レドーム１０は、ガラス繊維やフッ素樹脂等電波の透過率が高い材料から形成されている。

図２に示すように、船舶には映像生成装置５が備えられている。この映像生成装置５は上述のレーダ装置の一部を構成しており、レーダアンテナ装置１と電気的 に接続されている。映像生成装置５は、公知のディスプレイとして構成された表示部６を備える。映像生成装置５は、アンテナ部２で受信したエコーに基づいて レーダ映像等を生成し、表示部６に表示する。

映像生成装置５は、レーダアンテナ装置１が備える磁気式方位測定部３と電気的に接続されている。映像生成装置５は、レーダ映像等とともに、磁気式方位測定部３で測定されたレーダアンテナ装置１の方位（言い換えれば、船舶の船首方位）を表示部６に表示することができる。

表示部６は、映像生成装置５に外部接続されたディスプレイとして構成されても良い。また、磁気式方位測定部３が測定するレーダアンテナ装置１の方位は、レーダ映像を表示する表示部６とは別に配置されたディスプレイに表示されても良い。

レーダアンテナ装置１は、図１に示すように、前記アンテナ部２のほか、アンテナ回転機構２１と、アンテナ角度検出部２５と、を備える。アンテナ部２、アンテナ回転機構２１及びアンテナ角度検出部２５は、何れもレドーム１０の内部に配置されている。

アンテナ回転機構２１は、支持台２２と、回転軸２３と、ベアリング２４と、図略の電動モータ（駆動源）と、を備える。

支持台２２は、アンテナ部２を支持するベース部材であり、レドーム１０の内部空間の下部の中央に配置されている。回転軸２３は、アンテナ部２を回転させる ための円柱体であって、その長手方向が上下方向に向けられた状態で、平面視でレドーム１０の中央に配置されている。支持台２２は、ベアリング２４を介し て、回転軸２３を相対回転可能に支持している。ベアリング２４は、転がり疲労に強く、耐摩耗性のある鋼材等から形成される。

電動モータからの駆動力が図略の伝動機構（例えば歯車又はベルト等）を介して回転軸２３に伝達されることにより、アンテナ部２を回転させることができる。 アンテナ部２は、所定速度で回転して電波の送信方向を変えながら、電波の送信と、当該電波が物標で反射した反射波の受信と、を反復して行ったり、同時かつ 連続的に行ったりする。これにより、他船等の物標を、船舶の周囲３６０°にわたって探知することができる。

アンテナ角度 検出部２５は、支持台２２の適宜の位置に取り付けられており、回転軸２３（アンテナ部２）の回転角度を検出する。アンテナ角度検出部２５は、例えば、ロー タリエンコーダ等の角度検出センサにより構成することができる。回転角度の検出値をどのように表すかは任意であるが、例えば、アンテナ部２による電波の送 受信方向がレーダアンテナ装置１の正面を向いている状態をゼロとし、その状態からアンテナ部２が回転した角度で表すことができる。

アンテナ角度検出部２５は、アンテナ部２の回転角度の検出値を、レーダ映像の生成処理のために図略の制御部に出力する。更に、アンテナ角度検出部２５は、検出値を磁気式方位測定部３に出力する。

磁気式方位測定部３は、地磁気を検出することにより方位を測定し、得られた方位を映像生成装置５に出力する。磁気式方位測定部３は、図１に示すようにレーダアンテナ装置１の適宜の位置に取り付けられている。

磁気式方位測定部３は、図２に示すように、磁気検出部３１と、記憶部３２と、補正値生成部３３と、方位計算部３４と、を備える。なお、当該磁気式方位測定 部３の内、少なくとも磁気検出部３１がレドーム１０の中に配置されれば良く、その他の構成は、レドーム１０の外部に配置されても良い。

磁気検出部３１は、アンテナ部２の回転軸に垂直な面内で互いに直交する２方向の磁界強度を検知する２軸型の磁気センサとして構成されている。磁気式方位測 定部３は、例えば、磁気検出部３１の２つの検出軸のうち第１軸（Ｘ軸）がレーダアンテナ装置１の左右方向を向き、第２軸（Ｙ軸）が前後方向を向くように、 レーダアンテナ装置１に配置される。磁気検出部３１は、２つの検出軸の方向における磁気検出値を記憶部３２及び方位計算部３４に出力する。

記憶部３２は、磁気検出部３１から入力される磁気検出値を蓄積するように記憶している。補正値生成部３３は、蓄積された磁気検出値を解析することによっ て、磁気検出部３１の検出結果を補正するための磁気補正値を生成する。磁気補正値が生成されると、方位計算部３４は、磁気検出部３１が出力する磁気検出値 を当該磁気補正値に基づいて補正するように方位を計算する。

上記の記憶部３２、補正値生成部３３及び方位計算部３４は、 公知の構成のコンピュータにより実現することができる。具体的に説明すると、このコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、上記ＲＯＭには、 本発明の方位測定方法を実現するためのプログラム等が記憶されている。上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、当該コンピュータを記憶部３２、補 正値生成部３３及び方位計算部３４等として機能させることができる。

記憶部３２は、アンテナ角度検出部２５から入力されたアンテナ回転角度と、磁気検出部３１から入力された２方向の磁気検出値と、を対応付けて磁気補正値を生成するための蓄積用データとして記憶する。

記憶部３２は、前記蓄積用データを、アンテナ部２の回転の少なくとも１周分にわたって記憶する。後述のノイズ低減処理を良好に行うために、記憶部３２は、 アンテナ部２の１周分だけでなく、複数周分（例えば、数周?数十周分）の蓄積用データを記憶可能であることが好ましい。

記憶された蓄積用データは、補正値生成部３３が磁気補正値を生成する際に用いられる。なお、この蓄積用データは、レーダアンテナ装置１の方位を一定にした 状態において、磁気検出部３１で検出された磁気検出値と、当該磁気検出値に関連するアンテナ回転角度と、を対応付けたデータであることが好ましい。これに より、磁気検出値に含まれる方位成分が一定であるため、このように得られた蓄積用データを用いて、磁気補正値をより正確に生成することができる。

また、この構成に限定せず、例えば、角速度センサを併用し、船体の姿勢（船首方位）を反映できる角速度と、磁気検出値と、に基づいて、船首方位毎におけ る、磁気検出値とアンテナ回転角度とを対応付けた蓄積用データを取得することも可能である。即ち、航行中の船舶においても、磁気補正値を生成するための蓄 積用データを好適に取得することができる。

記憶部３２は、その記憶内容を更新可能なメモリとして構成されている。蓄積用 データのために確保された記憶領域の全部に蓄積用データが書き込まれた後は、記憶部３２に新しい蓄積用データに関する情報が入力されると、最新の蓄積用 データの記憶領域を確保するために、記憶されていた最も古い蓄積用データが破棄される。これにより、記憶部３２の記憶内容が随時更新されて、直近の蓄積用 データを常に記憶しておくことができる。

補正値生成部３３は、記憶部３２が記憶した蓄積用データのうち、アンテナ部２が 回転する少なくとも１周分の蓄積用データに基づいて、磁気検出部３１による磁気検出値をアンテナ角度に応じて補正するための磁気補正値を作成する。この磁 気補正値は、アンテナ部２の１周分（３６０°）の角度範囲にわたって、アンテナ回転角度毎に生成された、２軸分の補正値である。

詳細は後述するが、上記の磁気補正値は、蓄積用データに基づいて、アンテナ部２の回転角度に応じた磁気検出値の変化の傾向を計算することにより作成され る。従って、この磁気補正値は、磁気的なノイズが磁気検出部３１の磁気検出値に与える影響のうち、アンテナ部２の回転角度に依存する周期的なノイズをキャ ンセルするための補正値であるということができる。

補正値生成部３３は、アンテナ回転角度に対応して生成した磁気補正値を記憶部３２に出力する。記憶部３２は、補正値生成部３３から入力された磁気補正値に関連するアンテナ回転角度と当該磁気補正値とを対応付けて記憶する。

補正値生成部３３による磁気補正値の生成及び出力は、適宜の頻度で、記憶部３２の最新の記憶内容に基づいて反復して行われる。記憶部３２は、補正値生成部 ３３から新しい磁気補正値が入力されると、当該磁気補正値に関連するアンテナ回転角度に対応付けて記憶する磁気補正値を最新のものに更新する。

方位計算部３４は、磁気検出部３１から入力される２方向の磁気検出値に対し、記憶部３２が記憶する磁気補正値を用いて、アンテナ角度検出部２５から入力されるアンテナ回転角度に応じた補正計算を行う。

方位計算部３４は、上記のように補正計算を行い、補正後の２方向の磁気検出値が示すベクトルの向きに基づいて、レーダアンテナ装置１の方位を求める。これ により、アンテナ部２を回転させる過程で、レーダアンテナ装置１の方位を取得することができる。方位計算部３４は、得られた方位を映像生成装置５に出力す る。

ところで、知られているように、船体を構成する鋼材等の磁性体が何らかの原因で磁化され、この磁性体が発生する磁気 によって、磁気センサによる地磁気の検出が影響を受けることがある。この影響は、自差修正と呼ばれる公知の手法によって取り除くことができるため、基本的 には問題となりにくい。

一方、レドーム１０の内部で磁気式方位測定部３の近傍に配置され、アンテナ部２の回転に伴って回 転するベアリング２４等の磁性体（以下の説明においては、回転磁性体と称する。）が磁化される場合も考えられる。この場合、アンテナ部２の回転とともに磁 界が変化するため、上記の自差修正では、当該回転磁性体による影響を取り除くことができない。この結果、アンテナ部２の回転に伴って、例えば脈を打つよう なノイズが磁気検出値に生じ、方位の検出精度が低下してしまう。

この点、本実施形態では、方位計算部３４が、磁気検出部 ３１で検出された磁気検出値に対し、アンテナ部２の角度に応じて磁気補正値に基づく補正を行って、補正後の磁気検出値に基づいて方位を計算している。これ により、磁気検出部３１の周囲に配置された回転磁性体による磁気の影響を除去して、地磁気を正確に測定することができる。

次に、図３から図５までを参照して、磁気補正値の作成及び当該磁気補正値を用いた磁気検出値の補正について詳細に説明する。図３は、磁気補正値の作成処理 を、座標平面における磁気検出値のベクトルにより説明する概念図である。図４は、あるアンテナ角度で検出された磁気検出値の例に対し、磁気補正値に基づい て補正が行われる処理を説明する概念図である。図５は、図４と同一のアンテナ角度で検出された磁気検出値の他の例に対し、磁気補正値に基づいて補正が行わ れる処理を説明する概念図である。

補正値生成部３３は先ず、記憶部３２から取得した蓄積用データに含まれる磁気検出値に対して、不規則なノイズを低減する処理を前処理として行って、アンテナ部２の回転１周分の磁気検出値を取得する。

具体的なノイズ低減処理としては様々であるが、例えば、１周分の蓄積用データの中で、アンテナ部２の回転方向に連続する複数の磁気検出値を取り出し、Ｘ軸 方向及びＹ軸方向について平均をそれぞれ計算することが考えられる。また、アンテナ部２の複数周分にわたって蓄積用データを記憶する場合は、同一のアンテ ナ角度で対応する複数の磁気検出値を取り出し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について平均をそれぞれ計算することもできる。これらの平均算出処理は、単独で行って も良いし、組み合わせて行っても良い。

上記の平均算出処理は、フィルタ処理の一種であると考えることができる。磁気検出 値に含まれる不規則なノイズを予め低減しておくことで、回転磁性体によるノイズを相対的に強調した形で補正テーブルを作成することが可能になり、補正を効 果的に行うことができる。磁気検出値に対して行う前処理としては、平均を算出するフィルタ処理に代えて、他の任意のフィルタ処理を行っても良い。また、前 処理を省略することもできる。

ノイズ低減処理を行ってアンテナ１周分の磁気検出値を取得すると、補正値生成部３３は、当該１周分の磁気検出値の平均を、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれについて求める。

図３には、ＸＹ平面において、磁気検出部３１が取得したＸ軸方向及びＹ軸方向の磁気検出値が示す磁気ベクトルＶｍの例が描かれている。それぞれの磁気ベク トルＶｍには、地磁気成分と、回転磁性体による磁気ノイズ成分と、その他の構造物や船体による磁気成分と、が含まれている。

図３は、アンテナ部２が１周分回転する間にレーダアンテナ装置１の方位が変化しなかった例を示している。このようにレーダアンテナ装置１の方位が変わらな くても、回転磁性体による磁気ノイズ成分はアンテナ部２の回転位相の影響を受けるため、アンテナ部２の回転に伴って、磁気ベクトルＶｍの先端は小さな軌跡 Ｔを描くように変化する。

軌跡Ｔは、回転磁性体がどのように磁化されるか等に応じて、多様な形をとり得る。軌跡Ｔはループ状の図形となっており、これは、回転磁性体による磁気ノイズ成分の周期的な規則性に基づくものである。

補正値生成部３３が行う磁気検出値の平均算出処理は、アンテナ部２の回転の１周分にわたって多数の磁気ベクトルＶｍを平均したベクトル（図３の平均ベクト ルＶａ）を計算することに相当する。この平均ベクトルＶａは、回転磁性体による磁気成分が仮に無かった場合の磁気ベクトルとほぼ等しいと考えることができ る。

その後、補正値生成部３３は、アンテナ１周分の磁気ベクトルＶｍのそれぞれについて、前記平均ベクトルＶａから当該 磁気ベクトルＶｍを減算することにより補正ベクトルＶｃを求める。続いて、補正値生成部３３は、それぞれの補正ベクトルＶｃのＸ成分の値及びＹ成分の値 を、２方向の磁気補正値として、アンテナ回転角度と対応付ける。

以上により、磁気補正値をアンテナ回転角度に対応付けて 作ることができる。上記に示すように、磁気検出値を平均した値と、元の磁気検出値と、の差として磁気補正値を計算することで、簡単な処理を実現できるとと もに、回転磁性体による磁気ノイズ成分を良好に除去することができる。

方位計算部３４は、アンテナ角度検出部２５から入 力された現在のアンテナ回転角度に対応する２方向の磁気補正値を記憶部３２から取得する。そして、磁気検出部３１から入力された２方向の磁気検出値に対 し、上記の磁気補正値をそれぞれ加算することで、補正後の磁気検出値を求める。この補正は、図４で示す検出値の磁気ベクトルＶｓに対して補正ベクトルＶｃ を加算することに相当する。これにより、磁気検出部３１が取得する磁気検出値から、回転磁性体による磁気ノイズ成分の影響を良好に除去することができる。

その後、方位計算部３４は、補正後の磁気検出値を用いて方位を計算する。そして、方位計算部３４は、適切なタイミングで、自差修正を行い、磁気検出値に含 まれる構造物や船体等による磁気成分を除去している。このように、構造物や船体、及び回転磁性体による磁気ノイズの影響が除かれているので、方位計算部 ３４は、方位を高い精度で計算することができる。

上記の磁気補正値は、磁気式方位測定部３の磁気検出値に対する回転磁性 体による磁気の影響と、当該レーダアンテナ装置１を基準としたアンテナ部２の回転角度と、に関係するものである。従って、この磁気補正値は、レーダアンテ ナ装置１の向き（言い換えれば、船舶の船首方位）が何れであるかに関係なく、共通で適用することができる。例えば、あるアンテナ角度で図４の磁気ベクトル Ｖｓに示す磁気検出値が得られた場合と、同一のアンテナ角度で図５の磁気ベクトルＶｓに示す磁気検出値が得られた場合と、の両方に対して、同一の補正ベク トルＶｃによって補正が行われる。この結果、補正処理の簡素化を実現することができる。

ところで、回転磁性体の磁化に関 する状況は、時間の経過に伴って様々に変化する。このことから、補正値生成部３３は、適宜の頻度で磁気補正値を作り直すことが好ましい。磁気補正値の再作 成は、アンテナ部２が１回転する毎に行われても良いし、１時間に１回、１日に１回等、定期的なタイミングで行われても良い。更に、補正値生成部３３は、 レーダ装置に電源が投入されたタイミング、船舶の旋回を検出したタイミング等、不定期なタイミングで補正テーブルを作り直しても良い。これにより、回転磁 性体の磁化に関する新しい状況を反映して、磁気検出値を補正することができる。

以上に説明したように、本実施形態のレー ダアンテナ装置１は、レドーム１０と、アンテナ部２と、磁気式方位測定部３と、を備える。アンテナ部２は、レドーム１０の内部で回転しながら電波を送受信 する。磁気式方位測定部３は、レドーム１０に収容され、磁気により方位を測定する。

このように、地磁気を利用する磁気式方位測定部３とアンテナ部２とを１つのレーダアンテナ装置１にまとめることができるので、安価でコンパクトな方位測定機能付きのレーダアンテナ装置１を実現することができる。

次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。図６は、第２実施形態のレーダアンテナ装置１ｘの構成を示すブロック図である。本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図６に示す本実施形態のレーダアンテナ装置１ｘは、上述の第１実施形態の構成に加えて、角速度検出部３５と、測定制御部３６と、を備える。角速度検出部 ３５及び測定制御部３６は、図６に示すように磁気式方位測定部３に含まれても良いし、磁気式方位測定部３とは別の構成であっても良い。

角速度検出部３５は、例えば振動式ジャイロセンサから構成され、振動する素子が回転するときに発生するコリオリ力の大きさを検知することにより、レーダア ンテナ装置１の方位（言い換えれば、船舶の船首方位）が変化する角速度を検出することができる。角速度検出部３５が検出した角速度は、方位計算部３４に出 力されるとともに、測定制御部３６に出力される。振動式ジャイロセンサに代えて、例えば静電容量式ジャイロセンサ等の他のセンサが角速度検出部３５として 用いられても良い。

測定制御部３６は、上述のコンピュータにより実現されている。測定制御部３６は、角速度検出部３５から入力される角速度を監視し、当該角速度の大きさに基づいて、方位計算部３４が方位を計算する方法を切り換える。

以下、具体的に説明する。本実施形態において、方位計算部３４は、２種類の処理により方位を計算している。２つの処理のうち、第１計算処理は、上述の第１ 実施形態で説明したように、磁気検出部３１の検出結果に基づいて方位を計算して求めるものである。第２計算処理は、角速度検出部３５の検出結果に基づいて 方位を計算して求めるものである。

方位計算部３４は、第１計算処理を行う第１モードと、第２計算処理を行う第２モードと、を切り換えながら、方位を計算することができる。

測定制御部３６は、角速度検出部３５が検出した角速度が所定閾値未満であるときは方位計算部３４が第１モードとなって第１計算処理を行い、所定閾値以上であるときは方位計算部３４が第２モードとなって第２計算処理を行うように、方位計算部３４を制御する。

本実施形態では、第１モードである場合、方位計算部３４は、方位が計算により得られる毎に、当該方位を記憶部３２に出力する。従って、記憶部３２は、第１ 計算処理による最新の方位を常に記憶している。第１モードから第２モードに切り換わると、方位計算部３４には、記憶部３２に記憶された直近の方位が、所定 の時点での方位として入力される。第２モードにおいて方位計算部３４は、入力された当該方位に対して、角速度検出部３５から入力される角速度を積分した方 位変化量を加算することで、現在の方位を得る。第２モードにおいても、方位計算部３４は、得られた最新の方位を記憶部３２に出力する。記憶部３２は第２計 算処理による最新の方位を記憶し、当該方位は、方位計算部３４が第２モードにおいて次回に方位を計算するために用いられる。

船舶が旋回している状態（回頭状態）では、磁気検出部３１が検出する磁気が刻々と変化するため、磁気に基づいて方位を測定すると誤差が大きくなり易い。こ の点、本実施形態の測定制御部３６は、角速度検出部３５が検出した角速度の大きさに基づいて、船舶が旋回状態であるか否かを判定する。そして、旋回状態で あると判定した場合は、測定制御部３６は方位計算部３４を制御して、磁気検出部３１が検出する磁気に基づく方位の計算（第１計算処理）を停止させる。これ により、方位の測定精度の低下を防止することができる。また、第１計算処理の停止時には、測定制御部３６は方位計算部３４を制御して第１モードから第２ モードに移行させ、角速度検出部３５が検出する角速度に基づく方位の計算（第２計算処理）を行わせる。ここれにより、方位測定の継続性を確保することがで きる。

第２計算処理では、方位計算部３４が角速度検出部３５の検出値に基づく変位を随時加算することにより方位を求める ため、時間の経過に伴って誤差が累積し、方位の測定精度は徐々に低下していく。この点、本実施形態では、船舶が旋回状態でないと判定された場合は、測定制 御部３６は方位計算部３４を制御して、第２モードから第１モードに移行させる。従って、基本的には磁気に基づいて方位を測定し、船舶の向きが変化する過渡 的な状態では角速度に基づいて方位を測定するので、方位を全体として良好な精度で得ることができる。

更に、測定制御部 ３６は、角速度検出部３５が検出した角速度が所定閾値以上である場合は、磁気検出部３１で検出された磁気検出値を記憶部３２に出力しないように、又は磁気 検出部３１から出力された磁気検出値を記憶しないように制御する。これにより、磁気の検出が安定しない状態で蓄積されたデータに基づいて上述の磁気補正値 が作成されるのを防止し、方位計算部３４が第１計算処理において磁気検出値を良好に補正することができる。

次に、レーダアンテナ装置１においてアンテナ部２の回転を停止させながら船舶が航行する場合の制御について説明する。

レーダ装置が周囲を継続的に探知するために、アンテナ部２は常時回転していることが好ましい。ただし、レーダ装置による探知が不要であるとユーザが判断した等の何らかの理由で、アンテナ部２の回転を停止させた状態で船舶が航行することがある。

例えばアンテナ角度検出部２５としてインクリメンタル型のエンコーダを用いた場合、アンテナ部２が真正面を向いた角度ゼロの状態を別のセンサで検出し、当 該状態から現在までに出力されたエンコーダの信号をカウントした値に基づいて、アンテナ部２の角度を取得する。しかし、アンテナ部２が回転を停止させてい ると、角度ゼロの状態を長時間にわたって検出できないため、時間の経過に伴って、アンテナ角度検出部２５が検出するアンテナ角度の信頼性は徐々に低くな る。従って、補正テーブルに基づいて磁気検出値を適切に補正することが難しい場合がある。

これを考慮して、本実施形態で は、アンテナ部２の回転停止がユーザから指示された場合でも、ある程度の時間間隔をあけてアンテナ部２を間欠的に回転させ、それに連動して方位計算部３４ が第１モードと第２モードの間で切り換えながら方位を計算することで、方位の測定精度を確保している。具体的に説明すると、測定制御部３６は、アンテナ部 ２の回転を停止させた直後は方位計算部３４を第１モードから第２モードに切り換えて第２計算処理を行わせ、ある程度時間が経過した後は、アンテナ部２の回 転を自動的に再開するとともに方位計算部３４を第１モードに切り換えて第１計算処理を行わせ、その後すぐにアンテナ部２の回転を再び停止させる制御を反復 する。これにより、ある程度の頻度でアンテナ部２を回転させて第１計算処理を行うことで、第２計算処理で累積した誤差を修正することができ、方位測定の精 度を長時間にわたって良好に保つことができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

記憶部３２は、アンテナ部２の回転の１周分に限定されず、例えば複数周分の角度範囲にわたってアンテナ回転角度と磁気補正値とを対応付けて記憶するように変更することができる。

第２実施形態において、角速度検出部３５が検出する角速度が所定閾値以上であるときは、方位計算部３４が単に第１計算処理を停止するだけで第２計算処理を行わないように構成することもできる。

磁気補正値は、ベアリング２４に代えて、他の回転磁性体による影響を取り除くために用いることもできる。

磁気検出部３１は、２軸型の磁気センサに代えて、３軸型の磁気センサに変更することもできる。

本発明は、レドーム型に限定されず、アンテナ部が筐体の外部で回転する開放型のアンテナ装置に構成することも可能である。この場合、筐体には、例えば、アンテナ回転機構及び電動モータ等が収容されることになる。

１ レーダアンテナ装置
２ アンテナ部
３ 磁気式方位測定部
１０ レドーム（筐体）
３１ 磁気検出部
３２ 記憶部
３３ 補正値生成部
３４ 方位計算部
３８ 角速度検出部
３９ 測定制御部

用語

必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。

本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。

本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。

本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。

特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。

語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。

本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。

特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「〜するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。

一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「〜を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも〜を含む」と解釈すべきであり、「〜を持つ」という用語は「少なくとも〜を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。

説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「〜を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。

本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。

特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。

上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の特許請求の範囲によって保護される。

Claims (15)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部で回転しながら電波を送受信するアンテナ部と、
   前記筐体に収容され、磁気により方位を測定する磁気式方位測定部と、
   を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記アンテナ部の回転角度を検出するアンテナ角度検出部を備え、
   前記磁気式方位測定部は、
   磁気を検出する磁気検出部と、
   前記回転角度、及び、前記磁気検出部からの磁気検出値に基づいて、前記方位を計算する第１計算処理を行う方位計算部と、
   を備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記磁気式方位測定部は、前記回転角度と前記磁気検出値とを対応付けて記憶する記憶部を更に備えることを特徴とするレーダアンテナ装置。
4. 請求項３に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記磁気式方位測定部は、前記磁気検出部の検出結果を補正するための磁気補正値を生成する補正値生成部を備え、
   前記磁気補正値は、前記記憶部に記憶された前記磁気検出値の、前記アンテナ部が回転する少なくとも１周分に基づいて求められることを特徴とするレーダアンテナ装置。
5. 請求項４に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記磁気補正値は、前記アンテナ部の所定回転角度毎に求められ、
   前記記憶部は、前記磁気補正値と前記回転角度とを対応付けて記憶することを特徴とするレーダアンテナ装置。
6. 請求項４又は５に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記磁気補正値を用いて、前記磁気検出値を補正して前記方位を計算することを特徴とするレーダアンテナ装置。
7. 請求項４から６までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記磁気補正値は、前記記憶部に記憶される磁気検出値と、当該磁気検出値を前記アンテナ部の回転の少なくとも１周分にわたって平均した値と、の差であることを特徴とするレーダアンテナ装置。
8. 請求項５から７までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記補正値生成部は、前記磁気検出部の検出結果を補正する磁気補正値と、前記回転角度と、の関係を求める前に、前記記憶部に記憶される磁気検出値に対してフィルタ処理を行うことを特徴とするレーダアンテナ装置。
9. 請求項８に記載のレーダアンテナ装置であって、
   前記フィルタ処理は、複数の前記磁気検出値の平均を計算する処理であることを特徴とするレーダアンテナ装置。
10. 請求項４から９までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
    前記記憶部は、前記磁気検出値及び前記磁気補正値を更新可能に記憶することを特徴とするレーダアンテナ装置。
11. 請求項２から１０までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
    当該レーダアンテナ装置の方位が変化する角速度を測定する角速度検出部と、
    前記磁気式方位測定部による前記方位の測定を制御する測定制御部と、
    を備え、
    前記測定制御部は、前記角速度検出部で検出された角速度が所定閾値以上である場合、前記方位計算部の前記第１計算処理を停止させることを特徴とするレーダアンテナ装置。
12. 請求項１１に記載のレーダアンテナ装置であって、
    前記方位計算部は、前記第１計算処理の停止時に、ある時点で得られた前記方位と、前記角速度検出部で検出される前記角速度と、に基づいて前記方位を計算する第２計算処理を行うことを特徴とするレーダアンテナ装置。
13. 請求項２から１０までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
    当該レーダアンテナ装置の方位が変化する角速度を測定する角速度検出部と、
    前記磁気式方位測定部による前記方位の測定を制御する測定制御部と、
    を備え、
    前記方位計算部は、
    前記第１計算処理又は、
    ある時点で得られた前記方位と、前記角速度検出部で検出される前記角速度と、に基づいて前記方位を計算する第２計算処理と、
    を行い、
    前記アンテナ部を間欠的に回転させ、
    前記アンテナ部の回転が停止している場合、前記方位計算部は前記第２計算処理を行い、
    前記アンテナ部が回転している場合、前記方位計算部は前記第１計算処理を行うことを特徴とするレーダアンテナ装置。
14. 請求項１から１３までの何れか一項に記載のレーダアンテナ装置であって、
    前記筐体はレドームであることを特徴とするレーダアンテナ装置。
15. レーダアンテナ装置が備える筐体の内部でアンテナ部を回転させながら電波を送受信し、
    前記アンテナ部が回転する過程で、前記筐体に収容されている磁気式方位測定部が方位を測定することを特徴とする方位測定方法。

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