(57)【要約】【課題】  確実に対象物の位置または方向を認識することができる船舶用レーダ装置を提供することである。【解決手段】  支柱４１およびユニバーサルジョイント４２によりレーダアンテナ１０および回転装置２０等が支持され、回転装置２０によりレーダアンテナ１０が回転される。アンテナ台下部５１に設けられたＸ軸用モータ４３ａ，Ｙ軸用モータ４３ｂによりアンテナ台上部３１の姿勢が水平面と略平行に制御される。また、レドーム６０によりレーダアンテナ１０、姿勢制御装置４０等が外包される。【選択図】  図１
2006329736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直軸に対して回転動作を行うと共に電波信号を送信し、かつ前記電波信号の反射波を受信する船舶用レーダ装置であって、
前記電波信号の送受信を行うレーダアンテナと、
前記レーダアンテナを鉛直軸周りに回転動作させる回転動作装置と、
前記レーダアンテナおよび前記回転動作装置を支持する支持部と、
前記支持部の姿勢を水平面と略並行に制御する制御装置と、
前記制御装置を支持する台座部と、
前記レーダアンテナ、前記回転動作装置、前記支持部、前記制御装置および前記台座部を外包する中空筐体とを備えたことを特徴とする船舶用レーダ装置。
【請求項２】
前記レーダアンテナは、
長手方向に延在し、前記長手方向に垂直な断面において略コ字状を有し、かつ開き角を有する球面波形成部と、
前記球面波形成部の端部に一対の絞り形状面を有するビーム絞り形成部とからなることを特徴とする請求項１記載の船舶用レーダ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記支持部を全方位に対して揺動可能に前記支持部の下面を支持する枢軸部と、
前記支持部の下面に形成された直交軸の一軸上に設けられた第１軸駆動支持部と、
前記支持部の下面に形成された直交軸の他軸上に設けられた第２軸駆動支持部とを含み、
前記第１軸駆動支持部および前記第２軸駆動支持部は、
前記台座部から前記支持部のそれぞれの軸上までの相対距離を調整可能な伸縮装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載の船舶用レーダ装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記支持部の傾斜を検知する検知手段をさらに含み、
前記第１軸駆動支持部および前記第２軸駆動支持部は、
前記検知手段により検知された支持部の傾斜に応じて前記台座部と前記支持部のそれぞれの軸上までの相対距離を調整することを特徴とする請求項３に記載の船舶用レーダ装置。
【請求項５】
前記検知手段は、
前記支持部の傾斜姿勢および前記支持部の傾斜角速度を検知することを特徴とする請求項４記載の船舶用レーダ装置。
【請求項６】
鉛直軸に対して回転動作を行うと共に電波信号を送信し、かつ前記電波信号の反射波を受信する船舶用レーダ装置であって、
前記電波信号の送受信を行うレーダアンテナと、
前記レーダアンテナを鉛直軸周りに回転動作させる回転動作装置と、
前記レーダアンテナおよび前記回転動作装置を支持する支持部と、
前記支持部の姿勢を水平面と略並行に制御する制御装置と、
前記制御装置を支持する台座部とを含み、
前記制御装置は、
前記支持部を全方位に対して揺動可能に前記支持部の下面を支持する枢軸部と、
前記支持部の下面に形成された直交軸の一軸上に設けられた第１軸駆動支持部と、
前記支持部の下面に形成された直交軸の他軸上に設けられた第２軸駆動支持部とを含み、
前記第１軸駆動支持部および前記第２軸駆動支持部は、
前記台座部から前記支持部のそれぞれの軸上までの相対距離を調整可能な伸縮装置を含むことを特徴とする船舶用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に積載され、かつ垂直軸を回転軸として回転することにより他の船舶等の存在を認識する船舶用レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶において他の船舶の位置または方向を認識するために船舶用レーダ装置が用いられている。この船舶用レーダ装置は電磁波を放射し、その電磁波の反射波を受信して周囲の他の船舶の位置または方向を認識する。したがって、船舶用レーダ装置は、船舶の上部に取り付けられることが多い。その結果、広範囲の他の船舶の位置または方向を認識することができる。
【０００３】
また、海面の波の上下により船舶が上下動するため、船舶用レーダ装置の指向性がばらつくため、鉛直方向に所定の輻射を有するように電磁波が放射されている。それにより、船舶の揺動が生じた場合でも、適切に他の船舶の位置または方向を認識することができる。この所定の輻射角は、例えば２５ｄｅｇ程度である。
【０００４】
例えば特許文献１には、レーダ装置が開示されている。このレーダ装置においては、電磁波発生器の出力をそれほど大きくしなくても、遠くまで感度よく目標物体の検出を行うことができると共に、移動物体などに搭載されることによりアンテナの向きが変動したり目標物体がアンテナの近傍に近づいても、正確に検出することができる。
【特許文献１】特開２００３−２３２８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のレーダ装置では、船舶の揺動が大きい場合、例えば嵐や時化の際）水面に対して平行に電磁波を放射することができず、たとえ電磁波が他の船舶により反射したとしても電磁波を受信することが困難となる。すなわち、特許文献１記載のレーダ装置を用いても、他の船舶の位置または方向が分からなくなる。
【０００６】
本発明の目的は、確実に対象物の位置または方向を認識することができる船舶用レーダ装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、確実に対象物の位置または方向を認識することができ、かつコスト低減が可能な船舶用レーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
（１）
本発明に係る船舶用レーダ装置は、鉛直軸に対して回転動作を行うと共に電波信号を送信し、かつ電波信号の反射波を受信する船舶用レーダ装置であって、電波信号の送受信を行うレーダアンテナと、レーダアンテナを鉛直軸周りに回転動作させる回転動作装置と、レーダアンテナおよび回転動作装置を支持する支持部と、支持部の姿勢を水平面と略平行に制御する制御装置と、制御装置を支持する台座部と、レーダアンテナ、回転動作装置、支持部、制御装置および台座部を外包する中空筐体とを備えたものである。
【０００９】
本発明に係る船舶用レーダ装置においては、支持部によりレーダアンテナおよび回転動作装置が支持され、回転動作装置によりレーダアンテナが回転される。台座部上に設けられた制御装置により支持部の姿勢が水平面と略平行に制御される。また、中空筐体によりレーダアンテナ、回転動作装置、支持部、制御装置および台座部が外包される。
【００１０】
この場合、制御装置により支持部の姿勢が水平面と略平行に制御されるので、船舶が波等の外乱により傾斜した場合でも、レーダアンテナを水平面（海面と平行）に対する鉛直軸周りに回転させることができる。すなわち、水平面に対して平行に安定して電波信号の送受信を行うことができる。
【００１１】
その結果、電波信号を海面に平行に走査させることができるので他の船舶の電波信号の反射波を安定して受信することができる。また、レーダアンテナから送信する電波信号の垂直方向の幅を低減することができる。したがって、レーダ装置の品質を向上させることができると共に送信電力を低減することができ、かつ電源回路の規模を削減できコスト低減を図ることができる。さらに、外部筐体により保護されるので、環境によるレーダアンテナおよび回転装置等の機器の劣化を防止することができる。
【００１２】
（２）
レーダアンテナは、長手方向に延在し、長手方向に垂直な断面において略コ字状を有し、かつ開き角を有する球面波形成部と球面波形成部の端部に一対の絞り形状面を有するビーム絞り形成部とからなってもよい。
【００１３】
この場合、レーダアンテナの長手方向に垂直な断面において、球面波形成部とビーム絞り形成部とを有しているため、垂直方向の電波信号の幅を段階的に絞ることができると共に、レーダアンテナを小型化することができる。
【００１４】
（３）
制御装置は、支持部を全方位に対して揺動可能に支持部の下面を支持する枢軸部と、支持部の下面に形成された直交軸の一軸上に設けられた第１軸駆動支持部と、支持部の下面に形成された直交軸の他軸上に設けられた第２軸駆動支持部とを含み、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部は、台座部から支持部の軸上までの相対距離を調整可能な伸縮装置を備えてもよい。
【００１５】
この場合、枢軸部、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部により支持部が支持される。また、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部の伸縮装置により支持部から台座部までの相対距離を調整するができるので、支持部を水平面に略平行に調整することができる。また、支持部の厚みが大きい場合には、枢軸部により支持部の側面を支持してもよい。
【００１６】
（４）
制御装置は、支持部の傾斜を検知する検知手段をさらに含み、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部は、検知手段により検知された支持部の傾斜に応じて台座部と支持部の軸上までの相対距離を調整してもよい。
【００１７】
この場合、検知手段により支持部の傾斜が検知される。したがって、支持部が水平面から傾斜した場合、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部により支持部を水平面に平行な状態に調整することができる。
【００１８】
（５）
検知手段は、支持部の傾斜姿勢および支持部の傾斜角速度を検知してもよい。
【００１９】
この場合、検知手段から支持部の傾斜姿勢および傾斜角速度が検出されるので、比例制御および積分制御を行うことができる。それにより、支持部の水平姿勢をさらに安定して制御することができる。
【００２０】
（６）
第２の発明にかかる船舶用レーダ装置は、鉛直軸に対して回転動作を行うと共に電波信号を送信し、かつ電波信号の反射波を受信する船舶用レーダ装置であって、電波信号の送受信を行うレーダアンテナと、レーダアンテナを鉛直軸周りに回転動作させる回転動作装置と、レーダアンテナおよび回転動作装置を支持する支持部と、支持部の姿勢を水平面と略並行に制御する制御装置と、制御装置を支持する台座部とを含み、制御装置は、支持部を全方位に対して揺動可能に支持部の下面を支持する枢軸部と、支持部の下面に形成された直交軸の一軸上に設けられた第１軸駆動支持部と、支持部の下面に形成された直交軸の他軸上に設けられた第２軸駆動支持部とを含み、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部は、台座部から支持部のそれぞれの軸上までの相対距離を調整可能な伸縮装置を含むものである。
【００２１】
第２の発明にかかる船舶用レーダ装置においては、支持部によりレーダアンテナおよび回転動作装置が支持され、回転動作装置によりレーダアンテナが回転される。また制御装置の枢軸部、第１軸駆動支持部および第２軸駆動支持部により支持部が支持され、支持部の姿勢が水平面と略平行に制御される。
【００２２】
この場合、制御装置により支持部の姿勢が水平面と略平行に制御されるので、船舶が波等の外乱により傾斜した場合でも、レーダアンテナを水平面（海面と平行）に対する鉛直軸周りに回転させることができる。すなわち、水平面に対して平行に安定して電波信号の送受信を行うことができる。
【００２３】
その結果、電波信号を海面に平行に走査させることができるので他の船舶の電波信号の反射波を安定して受信することができる。また、レーダアンテナから送信する電波信号の垂直方向の幅を低減することができる。したがって、レーダ装置の品質を向上させることができると共に送信電力を低減することができ、かつ電源回路の規模を削減できコスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る一実施の形態に係る船舶用レーダ装置の一例を示す模式的斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、船舶用レーダ装置１００は、主にレーダアンテナ１０、回転装置２０、支持部３０、姿勢制御装置４０、台座部５０および外部筐体（以下、レドームと呼ぶ。）６０を含む。なお、図１においては、台座部５０は、船体９０上に載置されている。
【００２６】
図１に示すように、台座部５０は、三本の柱５５，５６および５７上に円板状のアンテナ台下部５１が載置される。アンテナ台下部５１の上面には、姿勢制御装置４０の各機器が設けられる。これらの各機器の詳細については後述する。アンテナ台下部５１の中央部には、支柱４１が設けられ、支柱４１の上端に設けられたユニバーサルジョイント（自由継ぎ手）４２を介して支持部３０のアンテナ台上部３１が設けられる。
【００２７】
アンテナ台上部３１の側面には、アンテナ台上部３１の姿勢を検知する傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂが設けられる。また、アンテナ台上部３１の上面にはアンテナ駆動装置３２が設けられる。アンテナ台上部３１の中央部には、回転装置２０が設けられる。回転装置２０には、回転可能に設けられた回転軸２１が設けられ、回転軸２１にレーダアンテナ１０が固定されている。レーダアンテナ１０の詳細形状については後述する。
【００２８】
次に、図２および図３を用いて姿勢制御装置４０の構造について説明する。図２は姿勢制御装置４０の斜視図であり、図３は姿勢制御装置４０の上面図である。
【００２９】
図２および図３に示すように、姿勢制御装置４０は、アンテナ台下部５１の上面に設けられる。図３に示すように、アンテナ台下部５１の中央部には、上述した支柱４１が設けられる。支柱４１の上にはユニバーサルジョイント４２を介して支持部３０のアンテナ台上部３１が設けられる。ここで、図２および図３に示すように、２軸のジンバル機構を有するユニバーサルジョイント４２の２軸に対応する直交軸をアンテナ台下部５１の上面に仮設して説明を行う。直交軸の一軸をＸ軸（ピッチ軸）と呼び、他軸をＹ軸（ロール軸）と呼ぶ。また、アンテナ台上部３１は、ユニバーサルジョイント４２の機構により全周方向に揺動可能である。また、ロール軸が回転してアンテナ台上部３１の上面中央部に設けた垂直軸が傾斜した角をロール角と呼び、ピッチ軸が回転してアンテナ台上部３１の上面中央部に設けた垂直軸が傾斜した角をピッチ角と呼ぶ。なお、本実施の形態におけるユニバーサルジョイント４２は、鉛直軸周りに対しては固定されている。
【００３０】
続いて、アンテナ台下部５１のX軸（ピッチ軸）上にアンテナ台上部３１の下面にＸ軸用球面軸受け４７ａが設けられ、アンテナ台下部５１のＹ軸（ロール軸）上にアンテナ台上部３１の下面にＹ軸用球面軸受け４７ｂが設けられる。
【００３１】
アンテナ台下部５１の上面には、ボールネジ機構を有するＸ軸用駆動ネジ４４ａおよびＸ軸用ナット４５ａと、Ｙ軸用駆動ネジ４４ｂとおよびＹ軸用ナット４５ｂとが設けられる。Ｘ軸用駆動ネジ４４ａおよびＹ軸用駆動ネジ４４ｂには、それぞれ個別にＸ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂが設けられる。
【００３２】
また、Ｘ軸用ナット４５ａとＸ軸用球面軸受け４７ａとの間にはＸ軸用押棒４６ａが設けられ、Ｙ軸用ナット４５ｂとＹ軸用球面軸受け４７ｂとの間にはＹ軸用押棒４６ｂが設けられる。Ｘ軸用押棒４６ａおよびＹ軸用押棒４６ｂは、それぞれＸ軸用ナット４５ａおよびＹ軸用ナット４５ｂとを有し、いわゆるトラニオン構造により結合されている。
【００３３】
例えば、Ｘ軸用モータ４３ａが駆動されることによりＸ軸用駆動ネジ４４ａが回転し、Ｘ軸用ナット４５ａがＸ軸用駆動ネジ４４ａに沿って移動する。Ｘ軸用ナット４５ａが移動することによりＸ軸用ナット４５ａに設けられたＸ軸用押棒４６ａがＸ軸用球面軸受け４７ａを介してアンテナ台上部３１をピッチ軸に沿って傾斜または揺動される。
【００３４】
同様に、Ｙ軸用モータ４３ｂが駆動されることによりＹ軸用駆動ネジ４４ｂが回転し、Ｙ軸用ナット４５ｂがＹ軸用駆動ネジ４４ｂに沿って移動する。Ｙ軸用ナット４５ｂが移動することによりＹ軸用ナット４５ｂに設けられたＹ軸用押棒４６ｂがＹ軸用球面軸受け４７ｂを介してアンテナ台上部３１をロール軸に沿って傾斜または揺動される。
【００３５】
このように、Ｘ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂの一方または両方を駆動させることにより、アンテナ台上部３１を全周方向に傾斜または揺動することができる。なお、本実施の形態におけるアンテナ台上部３１の上方に載置されている機器の全ての重心は、支柱４１およびユニバーサルジョイント４２の垂直軸上と一致するように設けられる。それにより、振動、衝撃を受けても大部分の荷重が強度保持の可能な支柱にのみ加えられるので、極小の力でアンテナ台上部を傾斜または揺動させることができる。
【００３６】
次に、図１〜図３に示した船舶用レーダ装置１００のシステム構成について説明する。
【００３７】
図４は、船舶用レーダ装置１００のシステム構成の一例を示す図である。図４に示すように、アンテナ台上部３１の上には、アンテナ駆動装置３２が設けられる。
【００３８】
アンテナ駆動装置３２は、電源（ＰＷＲ）３２ａ、マグネトロンドライバ３２ｂ、マグネトロン３２ｃ、モータ３２ｄ、インターフェイス３２ｅ、インターフェイスアンプ３２ｆ、フロントエンドプロセッサ（前置通信制御処理装置、以下、ＦＥＤと呼ぶ。）３２ｇを含む。さらに、アンテナ台上部３１の側面には、傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂが設けられる。
【００３９】
また、アンテナ台下部５１の上面には、姿勢制御装置４０が設けられ、姿勢制御装置４０は、上述したようにX軸用モータ４３ａ、Ｙ軸用モータ４３ｂを含む。
【００４０】
さらに、アンテナ台下部５１の上面には、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５００およびセンサユニット５０１が設けられる。なお、図示していないが、各機器に電力を供給する２４Ｖ電源およびコンセントが設けられている。また、本実施の形態においては、ＤＳＰ５００を用いることとしたが、これに限定されず、例えばＳＨ−ＤＳＰ（３２ビットマイクロプロセッサと１６ビットＤＳＰとの総合チップ）を用いてもよく、他の任意のマイクロコンピュータ等を用いてもよい。
【００４１】
続いて、船舶用レーダ装置１００のシステムの制御システムについて説明する。なお、以下においては、比例制御および積分制御（以下、ＰＩ制御と呼ぶ。）を行う場合について説明するが、これに限定されず、比例制御、積分制御および微分制御（ＰＩＤ制御）、適応処理による制御、または姿勢制御が必要なほど、例えば船体の揺れが激しいときだけ、制御を行なうパートタイム式の姿勢制御等の他の任意の制御理論または制御システムのいずれを用いてもよい。また、ＤＳＰやコンピュータでは、一般的には、連続システムを双一次変換等により、離散処理システムに変換して処理されるが、最初からＰＩ制御部をアナログ回路により連続システムで実現してもよい。
【００４２】
例えば、パートタイム姿勢制御を用いることにより、センサユニット５０１において海面が凪状態で船の揺動が小さいと判断した場合に、姿勢制御を停止させることにより、姿勢制御のための消費電力を削減することができる。また、自動切替えではなく、姿勢制御のオン／オフを手動により切り替えることとしてもよい。それにより、さらなる消費電力の削減を実現することができる。
【００４３】
図４に示す船体９０が揺動した場合、アンテナ台下部５１に設けられたセンサユニット５０１およびアンテナ台上部３１に設けられた傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂによりレーダアンテナ１０の姿勢が検知され、ＤＳＰ５００に送信される。
【００４４】
ＤＳＰ５００は、センサユニット５０１および傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂからの検知信号に基づいて、レーダアンテナ１０の姿勢を判定する。ＤＳＰ５００は、判定結果に応じてレーダアンテナ１０の姿勢を水平面に平行にするために、Ｘ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂに所定の駆動信号を送信する。
【００４５】
続いて、本実施の形態におけるＤＳＰ５００によるＸ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂの制御方法について説明する。本発明の制御方法においては、ＤＳＰ５００が傾斜センサ３３ａからの検知信号に基づいて比例制御（以下、Ｐ制御と呼ぶ。）を行うとともに、角速度センサ３３ｂからの検知信号に基づいて比例制御および積分制御（以下、ＰＩ制御と呼ぶ。）を行う。
【００４６】
さらに、センサユニット５０１により、船体の揺れ周期を把握し、周期に応じて上記Ｐ制御、ＰＩ制御の特性を変える適応処理をすれば、水平安定度をさらに高めることができる。
【００４７】
図５はＤＳＰ５００の制御方式を示すブロック図である。図５（ａ）はＤＳＰ５００の制御ブロック図であり、図５（ｂ）は制御システムのパラメータＫｉ，Ｋｇを導出する手法を示す。なお、図５においては、Ｘ軸のみに関するブロック図を示す。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、傾斜センサ３３ａからの信号を所定時間ごとにサンプリングし、移動平均値ＭＡを算出する（Ｂ１）。なお、図５においては、１０秒毎に平均値を算出することとしているが、これに限定されず、他の任意の時間毎に平均を算出してもよい。
【００４９】
ここで、ＤＳＰ５００は、傾斜センサ３３ａからの検知信号の所定時間ごとの平均値ＭＡを算出した後、レーダアンテナ１０の傾き傾向を認識する。なお、ＤＳＰ５００は、センサユニット５０１のみならず、センサユニット５０１および傾斜センサ３３ａからの検知信号の双方により船体の傾き傾向およびレーダアンテナ１０の傾き傾向を認識することとしてもよい。
【００５０】
次いで、検知信号の平均値ＭＡに所定のオフセットゲイン（offset Gein）を乗算する（Ｂ２）。次いで、角速度センサ３３ｂからの検知信号Θｓに対して上記のオフセットゲインを減算する（Ｂ３）。それにより、水平姿勢からの差として表すことができる。また、角速度センサのＰＩ制御は、以下の伝達関数を用いた式により表される。
（式１）
2006329736.tif 000003
【００５１】
ここで、は角速度を示し、Ｖ＿ｔｏｒｑはモータトルクを示し、Ｋｉは積分ゲインを示し、ＫＧは比例ゲインを示し、Ｓはラプラス変換で用いる演算子を示し、１／Ｓは∫ｄｔ積分を示す。また、Ｋｉ、Ｋｇの値は調整により、決められた固定値でもよいし、以下で詳述するように自船揺れの周期に応じて、動的に変えてもよい。
【００５２】
例えば、図５（ｂ）に示すように、センサユニット５０１の検知信号を一定時間サンプリングし、そのサンプリング結果をＤＳＰ５００によりＦＦＴ処理する。その結果から、周波数ピーク成分の多い箇所を求め、その周波数における揺れの周期が主に船の支配的な周期と推定する。
【００５３】
そして、予めある周期が加わった場合に、最も姿勢制御に有効な、Ｋｉ、ＫＧの値を調べておき、データベース化し、ＤＳＰ５００のＲＯＭに記憶させておく。船の揺れ周期を定期的に推定し、その毎に、データベースから揺れを最も抑える効果の高い、Ｋｉ、Ｋｇを選択し、ＰＩ制御のシステム係数を更新し、姿勢制御システムが最適な状態を保つようにする。
【００５４】
上記説明で、基本的に船体９０の揺れに対して安定を保つことが可能であるが、センサ誤差等が時間的に積算され、次第に、レーダアンテナ１０の角度の平均値が水平でなくなる場合がある。
【００５５】
例えば、図６は、レーダアンテナ１０を平均的に水平に維持している状態を説明するための図である。図６（ａ）は、船のゆれ（平均が＋２ｄｅｇ）に対してレーダアンテナ１０は揺れが小さく平均が０になっている例を示し、図６（ｂ）は、船のゆれ（平均が＋２ｄｅｇ）に対してレーダアンテナ１０の揺れが小さくなっているが、平均的には（＋３ｄｅｇ）になっている状態を示す。なお、図６の縦軸は揺れの値を示し、横軸は時間（ｓｅｃ）を示す。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、一軸で説明すると、Ｂ４，Ｂ５の制御（図５参照）により、船体９０の揺れに対し、レーダアンテナ１０の揺れは、小さくなっており、しかも、レーダアンテナ１０を平均的に水平（０deg）に保っている状態となっている。一方、図６（ｂ）は、上述したように、レーダアンテナ１０の揺れは小さくなっているが、平均的には水平を保っていない状態である。
【００５７】
このように、レーダアンテナ１０の揺れを素早く検知することができる角速度センサ３３ｂを用いた制御では、高い応答速度での補正を行なうことができる。しかし、場合によっては経時的に平均的からにはずれていくことがある。そのために、図５（ａ）に示したように、検知信号の平均値ＭＡに所定のオフセットゲインを乗算する（Ｂ２参照）。
【００５８】
次いで、角速度センサ３３ｂからの検知信号θｓに対して、上記オフセットゲインの出力値を減算する。この減算処理（以下、補正処理Ａと呼ぶ。）が、平均的傾きのずれをなくす効果を出し、水平状態に戻すことができる。レーダアンテナ１０が平均的に水平に保たれている場合（図６（ａ）の例）は補正処理Ａの出力は０となる。一方、図６（ｂ）に示すように、船体９０のゆれに対して、揺れを小さくする制御ができているものの、レーダアンテナ１０がどちらかに傾いている間は、移動平均値ＭＡの出力が大きくなり、レーダアンテナ１０を平均的に水平に戻す役目をする。
【００５９】
言い換えれば、レーダアンテナ１０が平均的に水平状態にある場合では、ステップＢ４，Ｂ５の処理のみにより、水平姿勢を保とうとするが、レーダアンテナ１０が、平均的に傾いている状態では、ステップＢ１，Ｂ２における処理が働き、水平姿勢に戻そうとする補正処理Ａの出力が加わる。
【００６０】
例えば、上記の補正処理Ａは、突発的な、加速によって傾いてしまったレーダアンテナ１０を水平姿勢に戻す場合、角速度センサ３３ｂ、傾斜センサ３３ａまたは制御の誤差（例えば、ディジタル演算誤差）によって生じた傾きを戻す場合または、機構部の構造および固体差によって生じる、＋方向、−方向の駆動量の違いを補正する場合に有効に働く。
【００６１】
また、図５においては、Ｂ４〜Ｂ６において上記の式（１）の処理が行われる。その結果、Ｘ軸用モータ４３ａに対するモータトルクＶ＿ｔｏｒｑが算出される。以上と同様の手法によりＹ軸用モータ４３ｂに対してもモータトルクＶ＿ｔｏｒｑが算出される。
【００６２】
例えば、本実施における具体的制御手法として、Ｘ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂにそれぞれＤＣブラシレスモータを用いた場合、算出されたモータトルクＶ＿ｔｏｒｑに基づいてＤＣブラシレスモータに対して、回転速度および回転方向の駆動信号を与える。この駆動信号は、ＤＣブラシレスのモータドライバを介して閉ループＰＷＭ（ＰＷＭ周波数：１２．５ｋＨｚ）電圧信号を用いる。
【００６３】
この場合、モータドライバにより、モータトルクＶ＿ｔｏｒｑの値に基づいてＰＷＭ電圧信号のデューティ比を変更することにより、所定のモータ回転速度になるように制御することができる。例えば、Ｘ軸用モータ４３ａの回転開始時においては、ＰＷＭ電圧信号のデューティ比を高く設定し、所定の回転速度に近くなるとＰＷＭ電圧信号のデューティ比を低く設定することにより姿勢の安定性を得ることができる。
【００６４】
この場合、上記式（１）に示したように、レーダアンテナ１０が水平姿勢の状態でなくなった場合の制御量、すなわち水平姿勢の崩れる速度が速くなればなるほど、角速度センサ３３ｂの検知信号が大きくなり、モータドライバへの指令電圧も大きくなる。なお、上記例においては、Ｘ軸方向のみの制御について説明したが、同様にＹ軸方向の制御も行うものとする。
【００６５】
なお、本実施の形態に置いては、Ｘ軸用モータ４３ａ，Ｙ軸用モータ４３ｂとしてＤＣブラシレスモータを用いたが、これに限定されずステッピングモータを用いてもよい。さらに、本実施の形態においては、センサユニット５０１、傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂによりＸＹ軸方向に対して検知可能としたが、これに限定されず、Ｘ軸方向のみ、Ｙ軸方向のみの傾斜センサおよび角速度センサを設けてもよい。また、他の任意のセンサにより傾斜姿勢および角速度を検知してもよく、傾斜姿勢における検出信号を微分することにより角速度を算出して用いてもよい。
【００６６】
次に、レーダアンテナ１０の形状について説明する。図７はレーダアンテナ１０の形状の一例を示す斜視図である。
【００６７】
図７に示すように、レーダアンテナ１０は、垂直壁１０ａ、一対の球面波形成部１０ｂおよび一対の絞り面１０ｃを備える。このレーダアンテナ１０の垂直壁１０ａの上下端にそれぞれ一対の球面波形成部１０ｂが形成される。この一対の球面波形成部１０ｂは、垂直壁１０ａにそれぞれ垂直よりも広い角度を有するように形成され、球面波形成部１０ｂの端部は、垂直壁１０ａから広がる方向に形成される。さらに、球面波形成部１０ｂの端部には、一対の絞り面１０ｃが形成される。この一対の絞り面１０ｃおよび球面波形成部１０ｂにより段階的に電波を絞ることができる。
【００６８】
次に、レーダアンテナ１０の形状の効果について説明する。
図８は、レーダアンテナ１０の効果についての説明図である。図８（ａ）は、一般的なレーダアンテナの波面の状態を示し、図８（ｂ）は従来の曲げ部がないレーダアンテナを示す。
【００６９】
図８（ａ）に示すように、一般的なレーダアンテナにおいては、レーダアンテナの開口部から放射される電波は、原点Ｏから放射された球面波として近似される。この一般的なレーダアンテナでは、電波が球面波からなるため、電波が広がってしまい、海上の船舶に集中して電波が放射されない。したがって、電波を集中して放射できず、正確に他の船舶を認識することができない。したがって、電波の波面を直線状にする必要性がある。
【００７０】
次に、図８（ｂ）に示すように、従来の曲げ部がないレーダアンテナにおいては、位相の影響が生じる。この位相の影響を防止する場合、レーダアンテナの開き角αを小さく設け、長さＬの値を大きくする必要がある。
【００７１】
しかし、レーダアンテナの開き角αを小さくまたは長さＬの値を大きくした場合、レーダアンテナのサイズが大きくなるという問題点がある。さらに、長さＬの値を大きくするのみでは、放射される電波の幅を効率的に絞ることができないこととなる。
【００７２】
一方、図７に示す本実施の形態に係るレーダアンテナ１０においては、レーダアンテナ１０の開き角αを小さくしつつ、球面波を形成する球面波形成部１０ｂと、電波の指向性を高めるための一対の絞り面１０ｃとを設けている。これにより、段階的に電波を絞ることができ、かつ位相を一定とすることができる。さらに、図８（ｂ）に示すレーダアンテナの形状と比較して、同じ開口面積であっても放射された電波の幅を絞ることができ、レーダアンテナ１０の高さを低くすることができる。
【００７３】
図９は、図８（ｂ）および図７のレーダアンテナにより発振されたアンテナゲインパターンを示す図である。図９（ａ）は図８（ｂ）に示すレーダアンテナにより発振されたアンテナゲインパターンを示し、図９（ｂ）は図７に示す本実施の形態に係るレーダアンテナ１０のアンテナゲインパターンを示す。
【００７４】
図９（ａ）に示すように、図８（ｂ）のレーダアンテナにおいては、水平面の指向性に一定の幅を有していることが分かる。この場合の水平面の指向性の幅は、１７．７°である。一方、図９（ｂ）に示すように、図７のレーダアンテナ１０においては、水平面の指向性の幅９．７°であり、図９（ａ）よりも狭いため、指向性が向上されたことがわかる。
【００７５】
以上のことから、本実施の形態に係る船舶用レーダ装置１００においては、姿勢制御装置４０によりアンテナ台上部３１の姿勢が水平面と略平行に制御されるので、船舶が波等の外乱により傾斜した場合でも、レーダアンテナ１０を水平面に対して鉛直軸周りに回転させることができる。すなわち、水平面に対して平行に安定して電波信号の送受信を行うことができる。
【００７６】
その結果、電波信号を海面に平行に走査させることができるので他の船舶の電波信号の反射波を安定して受信することができる。また、レーダアンテナ１０が球面波形成部１０ｂと一対の絞り面１０ｃとを有しているため、垂直方向の電波信号の幅を絞ることができると共に、レーダアンテナ１０を小型化することができる。したがって、レーダアンテナ１０から送信する電波信号の垂直方向の幅を低減することができ、船舶用レーダ装置の品質を向上させることができると共に送信電力を低減することができ、かつ電源回路の規模を削減できコスト低減を図ることができる。
【００７７】
さらに、レドーム６０により保護されるので、環境によるレーダアンテナ１０およびユニバーサルジョイント４２、Ｘ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂ等の機器の劣化を防止することもできる。
【００７８】
また、ユニバーサルジョイント４２、Ｘ軸用モータ４３ａ，Ｙ軸用モータ４３ｂおよびＸ軸用駆動ネジ４４ａ，Ｙ軸用駆動ネジ４４ｂ等によりアンテナ台下部５１が支持される。また、Ｘ軸用押棒４６ａおよびＹ軸用押棒４６ｂによりアンテナ台上部３１とアンテナ台下部５１との相対距離を調整することにより、アンテナ台上部３１を水平面に略平行に調整することができる。
【００７９】
また、センサユニット５０１およびアンテナ台上部３１に設けられた傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂによりアンテナ台上部３１の傾斜が検知されるので、アンテナ台上部３１が水平面から傾斜した場合、Ｘ軸用モータ４３ａおよびＹ軸用モータ４３ｂによりアンテナ台上部３１を水平面に平行な状態に調整することができる。
【００８０】
上記実施の形態においては、船舶用レーダ装置１００が船舶用レーダ装置に相当し、レーダアンテナ１０がレーダアンテナに相当し、回転軸２１が回転動作装置に相当し、支柱４１、ユニバーサルジョンイト４２、Ｘ軸用押棒４６ａおよびＹ軸用押棒４６ｂが支持部に相当し、姿勢制御装置４０が制御装置に相当し、アンテナ台下部５１が台座部に相当し、レドーム６０が中空筐体に相当し、球面波形成部１０ｂが球面波形成部に相当し、一対の絞り面１０ｃがビーム絞り形成部に相当し、支柱４１およびユニバーサルジョイント４２が枢軸部に相当し、Ｘ軸が直交軸の一軸に相当し、Ｘ軸用モータ４３ａ，Ｘ軸用ナット４５ａ、Ｘ軸用駆動ネジ４４ａ、Ｘ軸用球面受け４７ａが第１軸駆動支持部に相当し、Ｙ軸が直交軸の他軸に相当し、Ｙ軸用モータ４３ｂ，Ｙ軸用ナット４５ｂ、Ｙ軸用駆動ネジ４４ｂ、Ｙ軸用球面受け４７ｂが第２軸駆動支持部および伸縮装置に相当し、アンテナ台上部３１とアンテナ台下部５１との相対距離に相当し、センサユニット５０１およびアンテナ台上部３１に設けられた傾斜センサ３３ａおよび角速度センサ３３ｂが検知手段に相当する。
【００８１】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る一実施の形態に係る船舶用レーダ装置の一例を示す模式的斜視図
【図２】姿勢制御装置の斜視図
【図３】姿勢制御装置の上面図
【図４】船舶用レーダ装置のシステム構成の一例を示す図
【図５】ＤＳＰの制御方式を示すブロック図
【図６】センサユニットからの検知信号の一例を示す図
【図７】レーダアンテナの形状の一例を示す斜視図
【図８】レーダアンテナの効果についての説明図
【符号の説明】
【００８３】
１０  レーダアンテナ
１０ｂ  球面波形成部
１０ｃ  一対の絞り面
２１  回転軸
３１  アンテナ台上部
３３ａ  傾斜センサ
３３ｂ  角速度センサ
４０  姿勢制御装置
４２  ユニバーサルジョンイト
４３ａ  Ｘ軸用モータ
４３ｂ  Ｙ軸用モータ
４４ａ  Ｘ軸用駆動ネジ
４４ｂ  Ｙ軸用駆動ネジ
４５ａ  Ｘ軸用ナット
４５ｂ  Ｙ軸用ナット
４６ａ  Ｘ軸用押棒
４６ｂ  Ｙ軸用押棒
４７ａ  Ｘ軸用球面受け
４７ｂ  Ｙ軸用球面受け４７
５１  アンテナ台下部
６０  レドーム
１００  船舶用レーダ装置
５０１  センサユニット
【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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