(57)【要約】【課題】海上に浮いているために複雑に揺れ動く船体に設置されているアンテナを用いて物標の絶対速度を測定したときの誤差を減少させる。【解決手段】アンテナ２１は、船体の上方に設置され、電磁波を送受信する。傾きセンサ３０を用いて、船体のロール角とピッチ角が検出される。アンテナ速度算出部２６は、検出された船体１０のロール角とピッチ角を用いてアンテナ２１のアンテナ速度を算出する。アンテナ速度補償部２７は、アンテナ２１で受信した反射波から得られる船体１０と物標との相対速度について、アンテナ速度算出部２６で算出されたアンテナ２１のアンテナ速度を補償する。【選択図】図１
2014045930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の上方に設置され、電磁波を送受信するアンテナと、
前記船体のロール角とピッチ角を検出するためのセンサと、
検出された前記船体のロール角とピッチ角を用いて前記船体の重心に対する前記アンテナの速度であるアンテナ速度を算出するアンテナ速度算出部と、
前記アンテナで受信した反射波を用いて得られる前記船体と物標との相対速度について、算出された前記アンテナ速度を補償するアンテナ速度補償部と、を備える、船舶用レーダ装置。
【請求項２】
前記アンテナ速度算出部は、検出された前記船体の傾きから得られる前記アンテナの傾きのデータを補間してから前記アンテナ速度を算出する、請求項１に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項３】
前記アンテナ速度算出部は、前記船体の傾きの検出結果が適切か不適切かを判断して、不適切なときには前記アンテナ速度補償部におけるアンテナ速度の補償を中止又は中断する、請求項１又は請求項２に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項４】
前記アンテナ速度算出部は、前記船体の重心から前記アンテナまでの距離を用いて前記アンテナ速度を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項５】
前記アンテナ速度算出部は、前記船体の重心から前記アンテナまでの距離を、特定の物標に対して所定回数のスキャンを行なったときの前記特定の物標の速度の最大値と最小値の差が小さくなるように調整して、前記アンテナ速度を算出する、請求項４に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項６】
前記アンテナで受信した前記物標の反射波の受信信号に自己相関法を適用して所定方向について前記船体と物標との相対速度を推定する相対速度推定部をさらに備え、
前記アンテナ速度補償部は、前記相対速度推定部で算出される相対速度に対して前記アンテナ速度の補償を行う、請求項１から５のいずれかに記載の船舶用レーダ装置。
【請求項７】
前記アンテナ速度補償部で補償された後の前記物標との相対速度から、前記船体の速度を引き算することにより、前記物標の対地速度を前記所定方向について求める絶対速度算出部をさらに備える、請求項６に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項８】
船体のロール角とピッチ角を検出する傾き検出工程と、
検出された前記船体のロール角とピッチ角を用いて前記船体の上方に設置されているアンテナの前記船体の重心に対する速度であるアンテナ速度を算出するアンテナ速度算出工程と、
前記アンテナで受信した反射波を用いて得られる前記船体の相対速度について、算出された前記アンテナ速度を補償するアンテナ速度補償工程と、を備える、速度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船舶や浮き桟橋などに設置されているアンテナを用いて速度測定を行なう船舶用レーダ装置及び速度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用として広く採用されているレーダ装置は、例えば２０〜３０ｒｐｍ程度の回転数で回転するアンテナが船体の上方に設置されており、船体の周囲に存在する物標の探知に使用される。レーダ装置は、アンテナによりパルス変調された電磁波を送信するとともに物標に当たって返ってきた反射波を受信して、その反射波から得られる受信信号を用いて物標の方位や距離を探知している。また、このようなレーダ装置では、このアンテナで受信される物標からの反射波を用いて、物標と船体との間の相対速度の測定が行なわれている。【０００３】
このように船舶などの移動体に搭載されているレーダ装置では、移動体自身の動きによるドップラ周波数が発生してしまうため、物標の対地速度（物標の絶対速度）を測定する場合に自船の速度や自船の動揺により生じる誤差の補正が行なわれる。【０００４】
図１１は、自船の速度を補正して物標の対地速度を算出する方法を説明するための概念図である。自船１００に対する物標１１０の方位方向の相対速度Ｖｒは、自船１００に搭載されているレーダ装置１２０によって観測される。【０００５】
レーダ装置１２０によって観測できるのは、物標１１０の相対速度Ｖｒであるから、物標１１０の方位方向の対地速度（絶対速度）Ｖｏｃを求めるためには、例えば、特許文献１（特開平５−３３３１４４号公報）に記載されているように、レーダ装置１２０を搭載している自船１００の絶対速度や自船１００の動揺による速度（以下単に自船の速度という）を差し引く必要がある。自船１００の速度は、刻々と変化する自船１００の位置の情報として与えられる。自船１００の位置や速度は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やＬＯＧ（船速距離計）やジャイロコンパスなどの他の計測機器から与えられる。【０００６】
このように、自船１００の速度Ｖｏがレーダ装置１２０における相対速度Ｖｒの測定とは無関係に得られるため、レーダ装置１２０において探知される物標１１０の方位などを考慮して補正を行なう必要がある。他の計測機器で測定された自船１００の速度Ｖｏのベクトルの向き（針路）は、物標１１０の存在する方位に対してある角度βを有している。【０００７】
従って、物標１１０の対地速度Ｖｏｃは、次式で与えられる。  Ｖｏｃ＝Ｖｒ−Ｖｏ・ｃｏｓβ【０００８】
自船１００の速度Ｖｏは、自船１００の船首方向θｈに一致するものではない。例えば、潮の流れなどによって自船１００の針路θｃが船首方向θｈからずれてしまうことがある。一方、レーダ装置１２０のアンテナの方位αTは、自船１００の船首方向θｈを基準に決められている。そのため、自船１００の速度Ｖｏのベクトルの向きと物標１１０の方位とのなす角βは、アンテナの方位αTを用いて、β＝αT−（θｃ−θｈ）のように計算する必要がある。【０００９】
従って、求めるべき物標１１０の対地速度Ｖｏｃは、次式のように書き直せる。  Ｖｏｃ＝Ｖｒ−Ｖｏ・ｃｏｓ（αT−（θｃ−θｈ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のレーダ装置１２０において計算される物標１１０の対地速度Ｖｏｃは、船舶の場合には、上述のように自船１００の速度を補正した後においても誤差が含まれる。【００１１】
図１２及び図１３を用いて、自船１００の速度による速度を差し引いた場合にも残る誤差について説明する。自船１００の運動は、６つの自由度を持つ剛体の運動と考えられる。すなわち、図１２において、自船１００の重心を原点として直交する３つの軸をＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚとおくと、矢印Ｓｕで示されるＳｘ方向の前後揺れ、矢印Ｓｗで示されるＳｙ方向の左右揺れ、矢印Ｈｅで示されるＳｚ方向の上下揺れ、Ｓｘ軸の周りに回転する矢印Ｒｏで示されている横揺れ（ロール）、Ｓｙ軸の周りに回転する矢印Ｐｉで示されている縦揺れ（ピッチ）、及びＳｚ軸の周りに回転する矢印Ｙａで示されている船首揺れである。【００１２】
図１２に示されている揺れのうち、矢印Ｈｅで示されている上下揺れは、物標１１０の方位方向の成分を持たないので、物標１１０の対地速度の算出には係わらない。また、矢印Ｓｕと矢印Ｓｗで示されている前後揺れと左右揺れは、自船１００の速度の変化としてＧＰＳなどによって捉えられることから、上述の自船１００の速度Ｖｏの中に含まれている。【００１３】
このように、３つのＳｘ軸とＳｙ軸とＳｚ軸のそれぞれの軸の周りの回転に伴って生じるアンテナ１３０の速度は、自船１００の速度Ｖｏの中に含まれないことから、自船１００の速度Ｖｏの補正後においても、物標１１０の対地速度を算出する際の誤差の原因となっている。【００１４】
例えば、ロールとピッチだけを考えてＳｙ軸の方向とＳｘ軸の方向にアンテナ１３０が単純な単振動を行なうと仮定した場合でも、アンテナ１３０は、図１３に示すようなリサージュ曲線を描くなど、船体が海上に浮いていることから多くの自由度を持って揺れ動くため、自船１００の上方に設置されているアンテナ１３０の動きは複雑になる。【００１５】
この発明の目的は、海上に浮いているために複雑に揺れ動く船体に設置されているアンテナを用いて物標の絶対速度を測定したときの誤差を減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための船舶用レーダ装置は、船体の上方に設置され、電磁波を送受信するアンテナと、船体のロール角とピッチ角を検出するためのセンサと、検出された船体のロール角とピッチ角を用いて船体の重心に対するアンテナの速度であるアンテナ速度を算出するアンテナ速度算出部と、アンテナで受信した反射波を用いて得られる船体と物標との相対速度について、算出されたアンテナ速度を補償するアンテナ速度補償部とを備えるものである。【００１７】
この船舶用レーダ装置によれば、船体のロールとピッチに伴うアンテナのアンテナ速度の補償ができるので、船体の複雑な揺れのうちのロールとピッチによってアンテナが船体に対して相対的なアンテナ速度を持つことにより、アンテナで受信した反射波から船体と物標との相対速度を推定するために生じる誤差を減少させることができる。【００１８】
なお、ここでいう船体には、自己の推進力で移動する船舶だけでなく、浮き桟橋などの単に係留されているだけの浮体も含まれる。【００１９】
上記課題を解決するための速度測定方法は、船体のロール角とピッチ角を検出する傾き検出工程と、検出された船体のロール角とピッチ角を用いて船体の上方に設置されている船体の重心に対する速度であるアンテナ速度を算出するアンテナ速度算出工程と、アンテナで受信した反射波を用いて得られる船体と物標との相対速度について、算出されたアンテナ速度を補償するアンテナ速度補償工程とを備えるものである。【００２０】
この速度測定方法によれば、アンテナ速度補償工程で船体のロールとピッチに伴うアンテナのアンテナ速度の補償ができるので、複雑な船体の揺れのうちのロールとピッチによってアンテナが船体に対して相対的なアンテナ速度を持つことにより生じる誤差の要因を取り除くことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、海上に浮いているために複雑に揺れ動く船体に設置されているアンテナを用いて船体と物標の相対速度を測定しても、船体のロールとピッチに伴うアンテナのアンテナ速度の補償ができるので、アンテナで受信した反射波から船体と物標との相対速度を推定する際の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る船舶用レーダ装置の構成の概要を示すブロック図。
【図２】船舶用レーダ装置のアンテナの設置位置を説明するための斜視図。
【図３】ロールとピッチによるアンテナの速度を説明するための図。
【図４】アンテナの速度の補償を説明するための概念図。
【図５】速度測定方法を説明するためのフローチャート。
【図６】補償量の見積もりを説明するためのグラフ。
【図７】第２実施形態に係る船舶用レーダ装置の構成の概要を示すブロック図。
【図８】傾きセンサのデータの補間を説明するためのグラフ。
【図９】第３実施形態に係る船舶用レーダ装置の構成の概要を示すブロック図。
【図１０】第４実施形態に係る船舶用レーダ装置の構成の概要を示すブロック図。
【図１１】物標の絶対速度の求め方を説明するための概念図。
【図１２】自船の動揺の種類を説明するための斜視図。
【図１３】物標と自船との相対速度とアンテナの速度との関係を説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
（１）レーダ装置の構成  本発明の第１実施形態に係るレーダ装置の全体構成について図面を用いて説明する。図１は、この船舶用レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。船舶用レーダ装置２０は、図１に示されているように、アンテナ２１と送受切換器２２と送受信部２３とＡＤコンバータ２４と速度推定部２５とアンテナ速度算出部２６とアンテナ速度補償部２７と絶対速度算出部２８とを備えている。図１の船舶用レーダ装置２０は、図２に示すように、船体１０に搭載され、海上の他船などの物標１１０を検出するための船舶用レーダ装置である。このような船舶用レーダ装置２０には、送信機にマグネトロンを用いるマグネトロンレーダ装置だけでなく、送信機に半導体増幅器を用いる固体化レーダ装置も含まれる。
【００２４】
〔アンテナ２１〕
船舶用レーダ装置２０において、アンテナ２１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２１は、図２に示すように、船体１０の上方に設置されており、水平面内で回転しながら、上記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２１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。アンテナ２１の設置される高さは、船舶によって様々であるが、数ｍから数十ｍの範囲が考えられる。
【００２５】
〔送受切換器２２〕
送受切換器２２は、アンテナ２１と接続可能に構成されており、アンテナ２１と送受信部２３との間の信号の切り換えを行う。すなわち、この送受切換器２２では、送信時には、レーダ送信信号が送受信部２３の受信回路に回り込まないようにし、受信時には、レーダ受信信号が送受信部２３の送信回路に回り込まないようにする。送受切換器２２としては、例えば、サーキュレータ（Circulator）等の電子部品が用いられる。
【００２６】
〔送受信部２３〕
送受信部２３は、レーダ送信信号を生成して送受切換器２２を介してアンテナ２１へ送出する。レーダ送信信号は、局部発振器から出力されるローカル信号と混合されて周波数変換された信号である。また、送受信部２３は、アンテナ２１から送受切換器２２を介してレーダ受信信号を取り込み、局部発振器から出力されるローカル信号と混合して中間周波数に変換し、直交検波した後に後段のＡＤコンバータ２４へ出力する。具体的には、レーダ受信信号から、Ｉ（In-Phase）信号およびこれとπ／２だけ位相の異なるＱ（Quadrature）信号を生成する。ここで、Ｉ信号，Ｑ信号はそれぞれレーダ受信信号の複素エンベロープ信号Ｚの実数部，虚数部である。
【００２７】
〔ＡＤコンバータ２４〕
ＡＤコンバータ２４は、送受信部２３が出力した受信信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、デジタル信号に変換する。通常、船舶用レーダ映像は、船舶用レーダ装置（アンテナ２１）の位置を中心に鳥瞰的に表示される。表示の原点は、船舶用レーダ装置２０の位置に対応する。レーダ装置２０の操作者は、物標からの反射波の振幅（物標信号）がレーダ映像上で表示される位置から、その物標の方位と距離を認識することが可能になる。
【００２８】
このように、１スキャンによって得られるレーダ受信信号は、方位と距離の情報を持っている。ｋ番目のスイープで得られるレーダ受信信号は、１スキャンあたりのスイープ数をＫとし、１番目のスイープを基準に取る（０ｄｅｇとする）と、（ｋ／Ｋ）×３６０（ｄｅｇ）（０≦ｋ≦Ｋ−１）の方位にある反射体から得られるものである。同一の方位から得られるデータには、同一の方位番号を対応させる。ｋ番目のスイープで得られる受信データには方位番号ｋが与えられる。
【００２９】
また、各スイープのｎ番目のサンプリングで得られる受信データは、１スイープあたりのサンプル点数をＮとし、レンジ（アンテナ２１を原点とする最大表示距離）をＬとすると、（ｎ／Ｎ）×Ｌ（０≦ｎ≦Ｎ−１）の距離にある反射体から得られるデータである。このようなｎ番目のサンプリングで得られる受信データには距離番号ｎが与えられるものとする。以下では、複素エンベロープ信号Ｚを方位番号ｋと距離番号ｎに関する２次元配列として扱い、この配列をＺ〔ｋ，ｎ〕で表す。
【００３０】
〔速度推定部２５〕
速度推定部２５は、図示を省略しているが、ＡＤコンバータ２４から出力されるデジタル信号を受信データとして記憶するメモリを有している。速度推定部２５は、このメモリに記憶されている複数回のスイープの受信データを用いて自己相関法により船体１０を基準とした物標１１０の相対速度を推定する。速度推定部２５における自己相関法による相対速度の推定については後ほど詳細に説明する。
【００３１】
〔アンテナ速度算出部２６〕
アンテナ速度算出部２６は、船体１０に設けた傾きセンサ３０からロール角とピッチ角を得る。アンテナ速度算出部２６は、アンテナ２１が設置されている高さや船体１０の重心１１の位置を考慮して、アンテナ２１が船体１０に対して移動するアンテナ２１の相対速度をロール角とピッチ角の変化から算出する。以下においては、船体１０の重心に対するアンテナ２１の速度をアンテナ速度と呼ぶ。アンテナ２１の速度の計算については、後ほど詳細に説明する。
【００３２】
〔アンテナ速度補償部２７〕
アンテナ速度補償部２７は、アンテナ速度算出部２６で算出されるアンテナ２１のアンテナ速度から、物標１１０の方向成分を求めて、速度推定部２５で推定された物標１１０の相対速度からアンテナ２１のアンテナ速度を差し引く。それにより、アンテナ速度補償部２７では、速度推定部２５が推定した相対速度についてアンテナ２１のアンテナ速度を補償する。この速度補償の計算については、後ほど、アンテナ２１のアンテナ速度の算出の説明に続いて行なう。
【００３３】
〔絶対速度算出部２８〕
絶対速度算出部２８は、ＧＰＳやＬＯＧやジャイロコンパスなどの他の計測機器から船体１０の位置や速度を取得している。絶対速度算出部２８は、アンテナ速度補償部２７によって補償の完了した相対速度から、取得している船体１０の速度を差し引くことで、物標１１０の対地速度（絶対速度）を算出する。
【００３４】
（２）相対速度の推定
ここで、速度推定部２５が行なう相対速度の推定について図３を用いて説明する。船体１０に向かって物標１１０が速さｖで接近しているものとする。この物標１１０の距離に対応する距離番号をｎ0とし、この物標１１０からの反射波のうち最初の方位の方位番号をｋ0とする。また、方位番号ｋ0から方位番号（ｋ0＋Ｍ−１）において物標１１０からの反射波を受信したものとする。このとき、速度推定部２５のメモリに記憶されている次のＭ個の受信データを用いて物標１１０の速さｖの推定を行なう。推定に用いるＭ個の受信データＳは、Ｓ〔ｋ0，ｎ0〕，Ｓ〔ｋ0＋１，ｎ0〕，Ｓ〔ｋ0＋２，ｎ0〕，…，Ｓ〔ｋ0＋Ｍ−１，ｎ0〕である。
【数１】
2014045930.tif 000003
【００３５】
そうすると、レーダ送信信号の送信中心周波数をｆ0、光速をｃ、ｚ〔ｍ〕の共役複素数をｚ*〔ｍ〕で表し、複素数ｚ〔ｍ〕の偏角をａｒｇ〔ｚ〔ｍ〕〕と表すとすると、物標１１０の速さｖは、数２で与えられる。
【数２】
2014045930.tif 000004
ただし、ΔｍとＬは、Δｍ＋Ｌ≦Ｍの関係を満たす任意の自然数である。
【００３６】
（３）アンテナの速度の推定
ロール角、ピッチ角がともに０の状態で、船体１０の重心１１が直交座標Ｓｘ，Ｓｙ、Ｓｚの原点に固定されているときのアンテナ２１の設置位置Ａは数３で定義される。つまり、鉛直方向にＳｚ軸、水平面における船首方向にＳｘ軸、Ｓｚ軸とＳｘ軸とに直交する水平面における左右方向にＳｙ軸をとる。なお、Ｓｚ軸において鉛直下向きが正になるので、通常ａｚは負の値である。
【数３】
2014045930.tif 000005
【００３７】
離散的に行なわれるロール角とピッチ角の測定に、順に付した番号を測定番号とよぶ。測定番号ｋ−１からｔ（ｋ）だけ時間が経過した後に行なわれる測定が、測定番号ｋの測定である。ここで、測定番号ｋにおけるアンテナ位置Ｒ（ｋ）を数４で定義する。
【数４】
2014045930.tif 000006
【００３８】
アンテナ位置Ｒ（ｋ）は、ロールとピッチにより変化する。測定番号ｋ−１における状態を図３の点線で示した矢印より左側に示し、測定番号ｋにおける状態を図３の点線で示した矢印よりも右側に示す。測定番号ｋ-１，ｋにおけるロール角をそれぞれφ（ｋ−１），φ（ｋ）のように示し、ピッチ角をそれぞれθ（ｋ−１），θ（ｋ）のように示す。
【００３９】
ロールについての回転座標変換行列をΦ（φ（ｋ））、ピッチについての回転座標変換行列をΘ（θ（ｋ））と定義すると、アンテナ位置Ｒ（ｋ）は数５で与えられる。  
【数５】
2014045930.tif 000007
【００４０】
このときの回転座標変換行列Φ（φ（ｋ））、回転座標変換行列Θ（θ（ｋ））は、それぞれ数６、数７のようになる。
【数６】
2014045930.tif 000008
【数７】
2014045930.tif 000009
【００４１】
測定番号ｋ−１の測定時刻から測定番号ｋの測定時刻までのアンテナ２１のアンテナ速度ｖ（ｋ）は数８で与えられる。
【数８】
2014045930.tif 000010
【００４２】
速度ｖ（ｋ）は３次元ベクトルであるから、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの各成分を考慮して数９のように表される。
【数９】
2014045930.tif 000011
【００４３】
アンテナ２１のアンテナ速度を補償するには、測定番号ｋにおける物標１１０の方位（船首からのアンテナ２１の回転角度）αT（ｋ）のアンテナ２１の速度成分を求める必要がある。アンテナ２１のアンテナ速度における物標１１０の方位αT（ｋ）の成分ａｖｃT（ｋ）は、数１０に示すように、ｖｘ（ｋ）の方位αT（ｋ）の方向成分と、ｖｙ（ｋ）の方位αT（ｋ）の方向成分との和になる（図４参照）。
【数１０】
2014045930.tif 000012
【００４４】
物標１１０の相対速度は、アンテナ速度補償部２７において、物標１１の相対速度からアンテナ２１のアンテナ速度の方位αT（ｋ）の成分ａｖｃT（ｋ）を差し引くことにより補正される。
【００４５】
＜特徴＞
（１）  船舶用レーダ装置２０は、アンテナ速度算出部２６によって、船体１０のロールとピッチに伴うアンテナ２１のアンテナ速度を算出する。アンテナ速度補償部２７は、物標１１０の相対速度について、アンテナ速度算出部２６で算出されたアンテナ２１のアンテナ速度の補償を行う。それにより、船体１０の複雑な揺れのうちのロールとピッチによってアンテナ２１が船体１０に対して相対的な速度を持つことにより、船舶用レーダ装置２０がアンテナ２１を使って取得する物標１１０の相対速度に生じる誤差の要因を取り除くことができる。
【００４６】
例えば、船体１０の対地速度がゼロの時（停船時）に固定物標の相対速度を１ｋｎ程度で測定できる速度推定部２５があるから、成分ａｖｃT（ｋ）の値が１ｋｎ程度になるような船体１０の特性、装備位置、海況の場合はアンテナ速度補償部２７での補償が有効であることになる。
【００４７】
図５は、計算を簡単にするために、動揺がロールのみであり、アンテナ２１は船体１０の重心１１の真上に装備され、物標１１０がＳｙ軸上にあると仮定して、をアンテナ２１のアンテナ速度の方位αT（ｋ）の成分ａｖｃT（ｋ）を見積もったものである。図７に示す直線Ｃｏ１，Ｃｏ２，Ｃｏ３，Ｃｏ４，Ｃｏ５，Ｃｏ６，Ｃｏ７は、アンテナ２１の高さａｚを４ｍ、８ｍ、１６ｍ、３２ｍ、６４ｍ、１２８ｍとしてロールの角速度を変化させたときの計算結果を示している。例えば、ロールの角速度が１０〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕でアンテナ２１の高さが４ｍであれば、成分ａｖｃT（ｋ）が１ｋｎ以上である。当然、ピッチを考慮すればもっと大きな値になるから、船舶におけるアンテナ２１のアンテナ速度の補償が有効であることが分かる。ロールだけやピッチだけであれば誤差を無視できる状況であっても、ロールとピッチとが重なる状況においてはアンテナ２１が船体１０に対して相対速度を持つことによる誤差を無視できなくなり、物標１１０の絶対速度の補正が必要になるといった状況が多くなる。
【００４８】
＜変形例１−１＞
上記第１実施形態のレーダ装置２０では、アンテナ速度算出部２６及びアンテナ速度補償部２７をハードウエアで構成した場合の例について示したが、アンテナ速度算出部２６及びアンテナ速度補償部２７の機能をソフトウエアによって実現するようにしてもよい。この場合には、ＲＯＭ等の記録媒体からプログラムを読み込んだＣＰＵ等の制御部は、アンテナ速度算出部２６及びアンテナ速度補償部２７の機能（例えば、図６に示した一連の処理等）を実現することが可能となる。
【００４９】
まず、ステップＳ１０では、アンテナ２１で受信した反射波から送受信部２３を経て複素エンベロープ信号が生成される。そして、ステップＳ１１では、速度推定部２５において自己相関法により、複素エンベロープ信号から物標１１０の相対速度が推定される。一方、ステップＳ１０及びＳ１１の工程と並行して、ステップＳ１２及びステップＳ１３が実行される。
【００５０】
ステップＳ１２では、傾きセンサ３０により、船体１０のロール角とピッチ角が検出される。次のステップＳ１３（アンテナ速度算出工程）では、アンテナ速度算出部２６により、ロール角とピッチ角の変化からアンテナ２１の瞬時速度が算出される。
【００５１】
ステップＳ１４（アンテナ速度補償工程）では、アンテナ速度補償部２７により、ステップＳ１１で推定された相対速度について、ステップＳ１３で算出されたアンテナ２１のアンテナ速度を補償する。そして、ステップＳ１４でのアンテナ速度の補償が行われた相対速度を用いて、ステップＳ１５では、物標１１０の絶対速度が絶対速度算出部２８により算出される。
【００５２】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態によるレーダ装置２０では、傾きセンサ３０から得られる値を直接用いてアンテナ２１のアンテナ速度の算出をアンテナ速度算出部２６において行なう例について説明した。しかし、傾きセンサ３０から得られる値を直接用いてアンテナ２１のアンテナ速度の算出を行なうと、アンテナ速度算出部２６において算出するアンテナ２１のアンテナ速度が発散するなどの不具合を生じることがある。例えば、傾きセンサ３０におけるロール角やピッチ角のデータ取得頻度や更新頻度が速度推定部２５における速度推定の頻度に対して少ない場合にアンテナ２１のアンテナ速度の発散が起きることがある。また、傾きセンサ３０によるロール角やピッチ角の検知精度が悪い場合にも上述のような不具合を生じることがある。
【００５３】
特に速度推定部２５において自己相関法を用いて得られる相対速度は、物標１１０の瞬時速度である。従って、アンテナ速度算出部２６で求めるアンテナ２１のアンテナ速度も瞬時速度である。傾きセンサ３０は、アンテナ２１の傾きの測定専用に設けられるものではないことが多く、速度推定部２５における速度の推定と同期させるのは難しい。
【００５４】
そこで、本発明の第２実施形態に係るレーダ装置２０Ａは、図７に示すように、アンテナ速度算出部２６Ａにデータ補間部２６ａを備えている。データ補間部２６ａは、不連続に得られるロール角及びピッチ角のデータを線形補間して、時間の経過に伴って連続的に変化する曲線を生成する。図８に実線で示す連続的に変化する曲線は、データ補間部２６ａにおいて、不連続に得られるピッチ角のデータを線形補間して生成されたものである。図８に点線で示されているのが、傾きセンサ３０から不連続に得られるピッチ角のデータである。ロール角についても同様に、データ補間部２６ａにて、傾きセンサ３０から不連続に得られるロール角のデータの線形補間が行なわれる。
【００５５】
図８の実線で示す連続的な曲線を用いて、アンテナ速度算出部２６Ａでアンテナ２１のアンテナ速度の算出を行なうと、角度が一定のところでアンテナ２１の速度補償がゼロになったり、角度が変化するときのみ非常に大きな補償量になったりするのを防止することができる。
【００５６】
＜変形例２−１＞
上記第２実施形態のレーダ装置２０Ａでは、アンテナ速度算出部２６Ａ及びアンテナ速度補償部２７をハードウエアで構成した場合の例について示したが、アンテナ速度算出部２６Ａ及びアンテナ速度補償部２７の機能をソフトウエアによって実現するようにしてもよい。その場合、第１実施形態において図６に示した速度測定方法のステップＳ１３については、ロール角とピッチ角のデータの線形補間が行われた後に、ロール角とピッチ角の変化からアンテナ２１のアンテナ速度が算出される。
【００５７】
＜第３実施形態＞
上記第１実施形態では、傾きセンサ３０から得られるデータを常に適切なデータとして用いて、アンテナ速度算出部２６においてアンテナ２１のアンテナ速度の算出を行なう例について説明した。しかし、傾きセンサ３０から得られるデータが必ずしも常に適切であるとは限らない。傾きセンサ３０から得られるデータが不適切なときは、アンテナ速度補償部２７における速度の補償を中断又は中止するように構成してもよい。
【００５８】
そのために、本発明の第３実施形態に係るレーダ装置２０Ｂにおいて、アンテナ速度算出部２６Ｂが、傾きセンサ３０から得られるデータが適切か不適切かを判断する機能を有する。そのために、図９に示すように、アンテナ速度算出部２６Ｂはセンサ情報判定部２６ｂを有する。例えば、漁船の横揺れの周期は、一般に、総トン数によって異なっている。ある測定データによると、総トン数２０トンくらいの漁船では５〜６秒であるものが総トン数１５０トンくらいの漁船では８〜９秒になる。船体１０の固有の揺れの周期や限界傾斜角から、不適切な横揺れの周期や船体１０の傾斜角を予め定めておくことができる。
【００５９】
アンテナ速度算出部２６Ｂのセンサ情報判定部２６ｂは、予め決められている所定の周期や傾斜角の範囲を、傾きセンサ３０のデータが外れたときに不適切と判断する。アンテナ速度算出部２６Ｂは、傾きセンサ３０のデータを不適切とセンサ情報判定部２６ｂが判断したとき、アンテナ速度補償部２７に対して補償の中断を要求する。あるいは、アンテナ速度算出部２６Ｂは、センサ情報判定部２６ｂのデータ不適切の判断に基づき、アンテナ速度補償部２７に対して補償の中止を要求する。中断とするか、中止とするかの基準は、例えばデータが外れる程度やデータが外れる頻度などにより、予め定められて例えばセンサ情報判定部２６ｂに設定されている。
【００６０】
なお、アンテナ速度補償部２７において補償を中断又は中止する場合であっても、速度推定部２５の推定した物標１１０の相対速度を用いて絶対速度算出部２８において絶対速度の算出を行なうよう構成してもよい。
【００６１】
また、センサ情報判定部２６ｂは、傾きセンサ３０から得られる情報を他の方法で不適切と判断するよう構成されてもよい。例えば、センサ情報判定部２６ｂは、物標１１０が多数ある場合に各物標１１０の相対速度のスキャン毎の変化量の絶対値の総和を、アンテナ速度補償部２７における補償の前後で比較して、補償をした方が変化量の絶対値の総和が大きくなっているようであれば、補償が正しく行なわれていないと判断するように構成することができる。測定番号ｋ−１の相対速度Ｖｒ（ｋ−１）から測定番号ｋの相対速度Ｖｒ（ｋ）を比較すると、Ｖｒ（ｋ）−Ｖｒ（ｋ−１）には、アンテナ２１のアンテナ速度による変化と実際の相対速度の変化ΔＶｒ（ｋ）が含まれている。補償が正しく行なわれていれば、アンテナ２１のアンテナ速度による変化がゼロか又はゼロに近づくから、Ｖｒ（ｋ）−Ｖｒ（ｋ−１）の絶対値を多数の物標１１０について足し算すると、補償前の方が補償後よりも小さくなる。
【００６２】
このように、アンテナの速度の補償が不適切になる場合に補償を中断又は中止することによって、不適切な補償によりアンテナ速度補償部２７の後段の処理において誤差が生じるのを防止することができる。
【００６３】
＜変形例３−１＞
上記第３実施形態のレーダ装置２０Ｂでは、アンテナ速度算出部２６Ｂ及びアンテナ速度補償部２７をハードウエアで構成した場合の例について示したが、アンテナ速度算出部２６Ｂ及びアンテナ速度補償部２７の機能をソフトウエアによって実現するようにしてもよい。その場合、図６に示した速度測定方法のステップＳ１３については、ロール角とピッチ角のデータが適切か否かの判定を行なった後に、ロール角とピッチ角の変化からアンテナ２１のアンテナ速度が算出される。そして、データが不適切な場合には、ステップＳ１４におけるアンテナの速度の補償は、中断又は中止される。
【００６４】
＜第４実施形態＞
上記第１実施形態では、船体１０の重心１１の位置が既知のものとして計算する例について説明した。しかし、船体１０の重心１１は、常に同じ位置にあるとは限らない。例えば、貨物船の船体１０は、貨物の積載量が多ければ重心１１が下がり、積載量が少なければ重心が上がる。このように、喫水が変化してアンテナ２１と重心１１との位置関係が変わる場合があるので、正確な補償をアンテナ速度補償部２７で行なうには、重心１１の位置とアンテナ２１の位置との関係を補正することが必要になる場合がある。また、初期設定時におけるアンテナ２１と重心１１との位置関係を入力する場合、重心１１とアンテナ２１との位置関係を測定することが容易ではないために、アンテナ２１と重心１１との関係を特定することが困難な場合もある。
【００６５】
そのために、本発明の第４実施形態に係るレーダ装置２０Ｃは、図１０に示すように、アンテナ速度算出部２６Ｃにアンテナ位置データ設定部２６ｃを備えている。アンテナ位置データ設定部２６ｃは、可能性のある重心１１の位置とアンテナ２１の位置との関係を幾つか設定して、その中から補償前と補償後の相対速度のスキャン間での変化量が最も小さいものを適切な位置関係として選択する。それにより、重心１１とアンテナ２１との位置を測定などによって特定しなくても、アンテナ速度算出部２６及びアンテナ速度補償部２７での計算に必要な重心１１とアンテナ２１の位置関係を適切に設定することができる。
【００６６】
＜変形例４−１＞
上記第４実施形態のレーダ装置２０Ｃでは、アンテナ速度算出部２６Ｃ及びアンテナ速度補償部２７をハードウエアで構成した場合の例について示したが、アンテナ速度算出部２６Ｃ及びアンテナ速度補償部２７の機能をソフトウエアによって実現するようにしてもよい。その場合、図６に示した速度測定方法のステップＳ１３については、重心１１とアンテナ２１との距離を複数設定してアンテナ２１のアンテナ速度の算出が行なわれる。そして、ステップＳ１４でも、複数設定された重心１１とアンテナ２１との距離に対応する複数のアンテナ速度を用いて補償が行われる。そして、その中から補償前と補償後の相対速度のスキャン間での変化量が最も小さいものが適切な位置関係として選択される。
【符号の説明】
【００６７】
１０  船体
２０  船舶用レーダ装置
２１  アンテナ
２５  速度推定部
２６  アンテナ速度算出部
２７  アンテナ速度補償部
３０  傾きセンサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開平５−３３３１４４号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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