(57)【要約】【課題】周波数が異なる複数の送信信号を利用してレーダ映像を作成する際に、送信信号毎に方位方向のズレが生じることを防止した構成のレーダ装置を提供する。【解決手段】レーダ装置１は、送信部１３と、受信部１５と、信号処理部１６と、を備える。送信部１３は、周波数が異なる複数（２つ）の電波を送信信号として送信する。受信部１５は、送信信号の反射波を受信信号として受信する。信号処理部１６は、送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、受信信号に基づいてレーダ映像を作成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が異なる複数の電波を送信信号として送信する送信部と、
前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信部と、
前記送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、前記受信信号に基づいてレーダ映像を作成する信号処理部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記送信部は、エンドフィード型のレーダアンテナへ前記送信信号を供給することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
前記送信信号には、変調信号と無変調信号とが含まれることを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
前記信号処理部は、複数の前記受信信号の少なくとも１つを遅延させる遅延部により、前記ズレ量を補正することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーダ装置であって、
前記送信信号に設定される周波数に基づいて、前記遅延部の遅延量を調整する調整部を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーダ装置であって、
前記送信部は、周波数の異なる２つの前記送信信号を送信し、
前記遅延部は、一方の前記送信信号を遅延させる第１遅延部と、他方の前記送信信号を遅延させる第２遅延部と、備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
請求項４又は５に記載のレーダ装置であって、
前記送信部は、周波数の異なる２つの前記送信信号を送信し、
一方の前記送信信号に対する他方の前記送信信号の前記ズレ量を補正する遅延部を１つ備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
前記信号処理部は、ある前記送信信号に基づいて作成される領域と、当該送信信号と周波数が異なる他の前記送信信号に基づいて作成される領域と、を含んで構成される１つのレーダ映像を作成することを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
周波数が異なる複数の電波を送信信号として送信する送信工程と、
前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信工程と、
前記送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、前記受信信号に基づいてレーダ映像を作成する信号処理工程と、
を含むことを特徴とするレーダ映像作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数が異なる複数の送信信号を送信する構成のレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、船舶等に搭載されるレーダ装置において、無変調信号と変調信号とを交互に送信する構成のレーダ装置が知られている。特許文献１は、この種のレーダ装置を開示する。
【０００３】
特許文献１のレーダ装置は、パルス幅の長い変調信号を利用して遠距離の物標を探知し、パルス幅の短い無変調信号を利用して変調信号では検出しにくい近距離の物標を探知する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５３９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のレーダ装置では、偽像の発生を防止するために、変調信号と無変調信号との周波数を異ならせることが一般的である。しかし、周波数が異なる送信信号を利用してレーダ映像を作成する場合、特にエンドフィード型のアレイアンテナでは、送信信号のビーム方位にズレが生じる（詳細は後述）。
【０００６】
そのため、従来のレーダ装置では、変調信号に基づく映像表示領域と、無変調信号に基づく映像表示領域と、に跨るようにエコーが存在する場合、エコーにズレが生じてしまう（後述の図４（ｂ）を参照）。従って、エコーの形状を正確に表示できなくなるとともに、ユーザに混乱を与えることとなる。
【０００７】
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、周波数が異なる複数の送信信号を利用してレーダ映像を作成する際に、送信信号毎に方位方向のズレが生じることを防止した構成のレーダ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】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のレーダ装置が提供される。即ち、このレーダ装置は、送信部と、受信部と、信号処理部と、を備える。前記送信部は、周波数が異なる複数の電波を送信信号として送信する。前記受信部は、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する。前記信号処理部は、前記送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、前記受信信号に基づいてレーダ映像を作成する。
【００１０】
これにより、エコーを表示する方位を送信信号同士で合わせることができる。従って、例えば複数の送信信号の映像表示領域に跨るようなエコーが検出された場合であっても、エコーの形状が崩れることを防止できる。従って、エコーの形状を正確に表示することができる。また、ユーザに混乱を与えることを防止できる。
【００１１】
前記のレーダ装置においては、前記送信部は、エンドフィード型のレーダアンテナへ前記送信信号を供給することが好ましい。
【００１２】
これにより、エンドフィード型のレーダアンテナを利用するとビーム方位のズレが顕著になるため、このズレを解消できるという本発明の効果をより良好に発揮させることができる。
【００１３】
前記のレーダ装置においては、前記送信信号には、変調信号と無変調信号とが含まれることが好ましい。
【００１４】
これにより、一般的な構成のレーダ装置において本発明の効果を発揮させることができる。
【００１５】
前記のレーダ装置においては、前記信号処理部は、複数の前記受信信号の少なくとも１つを遅延させる遅延部により、前記ズレ量を補正することが好ましい。
【００１６】
これにより、簡単な構成で本発明の効果を発揮させることができる。
【００１７】
前記のレーダ装置においては、前記送信信号に設定される周波数に基づいて、前記遅延部の遅延量を調整する調整部を備えることが好ましい。
【００１８】
これにより、送信信号の周波数が変更された場合であっても、自動的にズレ量を補正することができる。
【００１９】
前記のレーダ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記送信部は、周波数の異なる２つの前記送信信号を送信する。前記遅延部は、一方の前記送信信号を遅延させる第１遅延部と、他方の前記送信信号を遅延させる第２遅延部と、備える。
【００２０】
これにより、２つの信号の何れについても遅延させることができるので、例えば送信信号の周波数の大小関係を変化させた場合であっても、ズレ量を補正することができる。
【００２１】
前記のレーダ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記送信部は、周波数の異なる２つの前記送信信号を送信する。前記信号処理部は、一方の前記送信信号に対する他方の前記送信信号の前記ズレ量を補正する遅延部を１つ備える。
【００２２】
これにより、遅延部が１つで良いので、コストを削減することができる。なお、本構成は、周波数の大小関係が予め定まっている場合に特に有効である。
【００２３】
前記のレーダ装置においては、前記信号処理部は、ある前記送信信号に基づいて作成される領域と、当該送信信号と周波数が異なる他の前記送信信号に基づいて作成される領域と、を含んで構成される１つのレーダ映像を作成することが好ましい。
【００２４】
これにより、領域同士の境界でのエコーの形状のズレを解消することができる。
【００２５】
本発明の第２の観点によれば、以下のレーダ映像作成方法が提供される。即ち、このレーダ映像作成方法は、送信工程と、受信工程と、信号処理工程と、を含む。前記送信工程では、周波数が異なる複数の電波を送信信号として送信する。前記受信工程では、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する。前記信号処理工程では、前記送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、前記受信信号に基づいてレーダ映像を作成する。
【００２６】
これにより、エコーを表示する方位を送信信号同士で合わせることができる。従って、例えば複数の送信信号の映像表示領域に跨るようなエコーが検出された場合であっても、エコーの形状が崩れることを防止できる。従って、エコーの形状を正確に表示することができる。また、ユーザに混乱を与えることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置のブロック図。
【図２】送信トリガ及び送信信号を説明する図。
【図３】ビーム方位のズレを示す図。
【図４】レーダ映像を比較する図。
【図５】変形例に係るレーダ装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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、本発明の一実施形態に係るレーダ装置１のブロック図である。図２は、送信トリガ及び送信信号を説明する図である。
【００２９】
本実施形態のレーダ装置１は、船舶用のレーダ装置として構成されている。このレーダ装置１は、パルス状の送信信号を送信可能であるとともに、自船の周囲にある物標（例えば陸地、海上の他船等）からの反射波を受信信号として受信するように構成されている。そして、レーダ装置１は、この受信信号に基づいて物標の位置及び形状を示すレーダ映像作成して表示することができる。
【００３０】
以下、レーダ装置１の構成について説明する。図１に示すように、レーダ装置１は、レーダアンテナ１１と、送信処理部１２と、送信部１３と、送受処理部１４と、受信部１５と、信号処理部１６と、表示装置１７と、を備える。
【００３１】
レーダアンテナ１１は、所定の間隔でスロットが形成された細長状の筒部を有し、当該筒部の端部から送信信号が入力されるエンドフィード型のアレイアンテナである。レーダアンテナ１１は、自船の外部へ向けてマイクロ波からなる送信信号を送信できるとともに、周囲の物標からのエコー（受信信号、反射信号）を受信できるように構成されている。レーダアンテナ１１は、平面内を所定周期で回転しながら送受信を繰り返している。これにより、レーダ装置１は自船周囲の全方位の物標を検出できるようになっている。
【００３２】
送信処理部１２は、送信タイミング制御部２１と、送信周波数設定部２２と、送信波形生成部２３と、遅延スイープ数設定部（調整部）２４と、を備える。
【００３３】
ここで、図２に示すように本実施形態では、レーダ装置１は、無変調の送信信号（以下、無変調信号と称する）と、変調した送信信号（以下、変調信号と称する）とを交互に送信する。無変調信号と変調信号は、それぞれ探知の対象となる範囲が異なる。具体的には、レーダ装置１は、無変調信号で近距離を探知するとともに、変調信号で遠距離を探知している。これは、パルス幅の広い変調信号では近距離の物標を探知することができないためである。
【００３４】
送信タイミング制御部２１は、無変調信号及び変調信号を送信するタイミングを決定する送信トリガを出力する。
【００３５】
送信周波数設定部２２は、無変調信号及び変調信号のそれぞれに対して周波数を設定する。送信周波数設定部２２は、変調信号と無変調信号とを区別するために（偽像が発生しないようにするために）、変調信号に設定する周波数と、無変調信号に設定する周波数と、を異ならせる。
【００３６】
送信波形生成部２３は、送信タイミング制御部２１の送信トリガに基づいて、送信周波数設定部２２で設定された周波数の送信信号（変調信号又は無変調信号）を出力する（図２を参照）。
【００３７】
送信部１３は、送信波形生成部２３から入力された送信信号を増幅してレーダアンテナ１１へ送信する。
【００３８】
送受処理部１４は、マイクロ波の送信と受信を切替可能に構成されている。具体的には、送信信号を外部へ送信するときは、送信部１３が出力する送信信号をレーダアンテナ１１へ出力する。一方、受信信号を外部から受信するときは、レーダアンテナ１１が受信した受信信号を受信部１５へ出力する。
【００３９】
受信部１５は、レーダアンテナ１１から受信した受信信号を増幅して信号処理部１６へ送信する。
【００４０】
信号処理部１６は、無変調信号処理部３１と、無変調信号スイープメモリ（遅延部、第１遅延部）３２と、変調信号処理部３３と、変調信号スイープメモリ（遅延部、第２遅延部）３４と、信号合成部３５と、レーダ映像作成部３６と、を備える。
【００４１】
無変調信号処理部３１は、無変調信号の周波数帯を通過させるフィルタ等で構成される。従って、無変調信号処理部３１は、受信部１５から入力された受信信号のうち無変調信号の受信信号に相当する信号を抽出することができる。無変調信号処理部３１が抽出した信号は、無変調信号スイープメモリ３２を介して、信号合成部３５へ送信される。
【００４２】
変調信号処理部３３は、受信部１５から入力された受信信号のうち変調信号の受信信号に相当する信号について、パルスを圧縮する処理を行う。これにより、出力が弱い変調信号であっても、遠距離まで物標を探知することができる。変調信号処理部３３が処理を行った信号は、変調信号スイープメモリ３４を介して、信号合成部３５へ出力される。
【００４３】
信号合成部３５は、無変調信号の受信信号と、変調信号の受信信号と、を合成して合成信号を生成する。合成信号とは、自船の周囲の探知結果を示す信号のうち、自船から所定距離内を示す部分は無変調信号の受信信号で構成され、所定距離より遠方を示す部分は変調信号の受信信号で構成される信号である。信号合成部３５により生成された合成信号は、レーダ映像作成部３６へ出力される。
【００４４】
レーダ映像作成部３６は、合成信号に基づいてレーダ映像を作成する。ここで作成されるレーダ映像は、図４（ａ）に示すように、中央の印を自船の位置として、無変調信号に基づいて作成される無変調表示領域５１と、変調信号に基づいて作成される変調表示領域５２と、から構成される。なお、無変調表示領域５１と変調表示領域５２との境界線は、表示しても良いし、表示しなくても良い。また、図４（ａ）に示す信号には、図４のレーダ映像には、エコー６１，６２，６３が表示されている。
【００４５】
次に、周波数の違いによりビーム方位にズレが生じること、及びその解消方法について説明する。図３は、ビーム方位のズレを示す図である。
【００４６】
エンドフィード型のアンテナでは、送信信号の周波数の違いにより、ビーム方位にズレが生じる。そのため、例えば無変調信号と変調信号とでレーダ映像を作成する場合、図４（ｂ）に示すように、無変調表示領域５１と変調表示領域５２とで方位方向のズレが生じる。従って、例えば２つの境界に存在するエコーの形状にズレが生じる（図４（ｂ）のエコー６２を参照）。そのため、エコーの形状を正確に把握できず、ユーザに混乱を与えてしまう。
【００４７】
これに対し、本実施形態では、遅延スイープ数設定部２４によってビーム方位のズレ量を算出し、このズレ量を考慮した遅延量を無変調信号スイープメモリ３２又は変調信号スイープメモリ３４に設定することで、レーダ映像の方位方向のズレを解消した。以下、具体的に説明する。
【００４８】
初めに、ビーム方位のズレ量を算出するために遅延スイープ数設定部２４が行う処理について説明する。送信信号の周波数とビーム方位の関係は、以下の式（１）で表されることが知られている。
【数１】
2014055838.tif 000003
ここで、θはビーム方位（ｄｅｇ）であり、λは自由空間での波長（ｍｍ）であり、λgは導波管内での波長（ｍｍ）であり、Ｄはアレイ間隔（ｍｍ）である。
【００４９】
また、導波管内の波長は、以下の式（２）で表されることが知られている。
【数２】
2014055838.tif 000004
ここで、Ａは導波管の長辺の長さ（ｍｍ）である。
【００５０】
そして、無変調信号のビーム方位をθ1とし、変調信号のビーム方位をθ2とすると（図３を参照）、スイープ数のズレ量は式（１）に基づいて、以下の式（３）のように表される。
【数３】
2014055838.tif 000005
ここで、ΔＳＷＰはスイープ数のズレ量であり、Δθはビーム方位のズレ量（ｄｅｇ）であり（即ちθ1−θ2）、ΔθSWPは受信データの方位ピッチ（ｄｅｇ）であり、Ωはアンテナの回転角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）であり、ＰＲＦは送信繰り返し周波数（Ｈｚ）である。
【００５１】
遅延スイープ数設定部２４は、以上のようにして、スイープ数のズレ量（ΔＳＷＰ）を求めることができる。遅延スイープ数設定部２４は、このスイープ数のズレ量に基づいて、無変調信号スイープメモリ３２又は変調信号処理部３３へ受信信号を何スイープ分遅延させるかを指示する。これにより、無変調信号と変調信号とで受信信号が示す方位を合わせることができる。
【００５２】
例えば、スイープ数のズレ量が−７である場合、時計回りを進み方向とすると、変調信号の受信信号を７スイープ分遅らせることで、無変調信号とのズレが解消する。従って、この場合は遅延スイープ数設定部２４は、変調信号スイープメモリ３４へ受信信号を７スイープ分だけ遅延させる指示を行う。
【００５３】
スイープ数のズレ量は、基本的には送信信号の周波数を変化させない限り変化しない。従って、遅延スイープ数設定部２４がスイープ数のズレ量を一度算出した後は、同じ遅延量を利用し続けることができる。一方、送信信号の周波数を変更した場合、スイープ数のズレ量が変化するので、遅延スイープ数設定部２４は変更後の周波数に基づいて再計算を行う。そして、遅延スイープ数設定部２４は、算出した値に基づいて、無変調信号スイープメモリ３２又は変調信号スイープメモリ３４へ遅延量を指示する。本実施形態では、無変調信号と変調信号の両方に遅延量を設定可能であるため、例えば両信号の周波数の大小関係が入れ替わった場合であってもズレ量を補正することができる。
【００５４】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。図５は、なお、本変形例の説明においては、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。
【００５５】
上記実施形態では、無変調信号と変調信号の両方に遅延量を設定可能であるが、本変形例では、変調信号にのみ遅延量を設定可能である。つまり、変調信号の周波数が無変調信号の周波数よりも常に高い場合は、無変調信号を遅延させる必要がない。本変形例の構成は、この点を考慮して利用されない無変調信号スイープメモリ３２を省いた構成である。この構成により、スイープメモリを一部省略できるので、コストを削減することができる。
【００５６】
以上に説明したように、このレーダ装置１は、送信部１３と、受信部１５と、信号処理部１６と、を備える。送信部１３は、周波数が異なる複数（２つ）の電波を送信信号として送信する。受信部１５は、送信信号の反射波を受信信号として受信する。信号処理部１６は、送信信号の周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量を補正しつつ、受信信号に基づいてレーダ映像を作成する。
【００５７】
これにより、エコーを表示する方位を送信信号同士で合わせることができる。従って、例えば無変調表示領域５１と変調表示領域５２に跨るようなエコーが検出された場合であっても、エコーの形状が崩れることを防止できる。従って、エコーの形状を正確に表示することができる。また、ユーザに混乱を与えることを防止できる。
【００５８】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、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。
【００５９】
上記では、送信信号として、無変調信号と変調信号とを送信する構成であるが、無変調信号のみ又は変調信号のみ送信する構成であっても良い。また、上記では２つの周波数の送信信号を送信する構成であるが、３つ以上の周波数の送信信号を送信する構成であっても良い。
【００６０】
上記では、送信信号間のビーム方位のズレ量を補正する構成だが、例えば所定の方位（アンテナの垂線が示す方位等）からのビーム方位のズレ量をそれぞれ補正する構成であっても良い。
【００６１】
本発明は、周波数の違いに起因するビーム方位のズレ量が発生する限り、エンドフィード型のアンテナ以外にも適用することができる。また、ビーム方位のズレ量を算出する数式は例示であり、実験的に求めた値を利用する等、他の方法を用いる構成であっても良い。
【００６２】
図１のブロック図で示した構成は一例であり、本発明の構成を備えていれば、処理を行う順序の変更、処理の追加、変更、又は削除等を適宜行うことができる。
【００６３】
例えば、無変調信号に基づくレーダ映像と、変調信号に基づくレーダ映像を予め作成し、これらの映像を組み合わせる際に、ズレ量を補正する構成であっても良い。つまり、ビーム方位のズレ量を補正する方法は、一方の信号を遅延させる方式に限られない。
【００６４】
また、無変調信号処理部３１や変調信号処理部３３の内部にスイープメモリが存在する場合、当該スイープメモリを、無変調信号スイープメモリ３２や変調信号スイープメモリ３４の代わりに用いても良い。
【００６５】
本発明は、船舶用のレーダ装置に限られず、航空機等の他の移動体に搭載されるレーダ装置に適用することができる。また、移動体に搭載される用途以外にも、航路監視用のレーダ装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  レーダ装置
１１  レーダアンテナ
１２  送信処理部
１３  送信部
１４  送受処理部
１５  受信部
１６  信号処理部
１７  表示装置
２４  遅延スイープ数設定部（調整部）
３２  無変調信号スイープメモリ（遅延部、第１遅延部）
３４  変調信号スイープメモリ（遅延部、第２遅延部）
【図１】
2014055838.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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