(57)【要約】【課題】従来のレーダ処理装置は、信号処理と追尾処理の処理時間の配分を行うものの、複数の領域で行われる目標の追尾処理の状態については考慮されておらず、複数の領域での追尾処理の状況に応じた演算処理の効率化が課題となる。【解決手段】レーダ処理装置で検出処理を行う際に、追尾対象となる目標を含む領域の追尾処理と、追尾対象である目標を含まない領域の追尾処理に優先度を設けることで、必要な追尾処理を優先して行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測範囲に含まれる複数の領域の検出処理を行う検出手段と、
前記検出手段の結果をもとに目標の追尾処理を行う追尾手段とを備え、
前記検出手段は前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行うことを特徴とするレーダ処理装置。
【請求項２】
前記追尾手段は前記複数の領域の間の優先度を設定し、
前記検出手段は、前記優先度に従い前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記目標の検出予想領域を含む領域の検出処理を優先的に行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記複数の領域のうち、前記目標の検出予想領域を将来の観測範囲に含まない第１の領域の検出処理を前記目標の検出予想領域を将来の観測範囲に含む第２の領域の検出処理よりも優先的に行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。
【請求項５】
前記検出手段は前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に対する許容処理遅延を設定し、前記許容処理遅延の時間内に前記少なくとも１つの領域の検出処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。
【請求項６】
前記検出手段は前記複数の領域のうち前記目標の検出予想領域を含まない領域に対して、前記許容処理遅延を次の観測時刻の直前に設定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ処理装置。
【請求項７】
前記追尾手段は前記目標の検出予想領域を含む領域とは別の優先処理範囲を指定し、
前記検出手段は前記優先処理範囲を含む領域の検出処理を優先的に行うことを特徴とする請求項３に記載のレーダ処理装置。
【請求項８】
前記追尾手段は将来の観測範囲に含まれる前記目標の検出予想領域の許容処理遅延を所定の値以下に抑えることを特徴とする請求項５に記載のレーダ処理装置。
【請求項９】
前記複数の領域は指向性を有するビーム内の複数の領域であることを特徴とする請求項１乃至８に記載のレーダ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電波等を用いて目標を検出し、追尾するレーダ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ処理装置は、アンテナで受信されたレーダ信号を信号処理することにより、目標に相当する信号の検出及び探知を行い、その目標探知された信号に基づいて目標の追尾処理を行うものである。リアルタイム性を維持するため、レーダ処理装置は信号を受信してから追尾処理結果を出すまでの処理を一定時間以内で行わなければならない。
【０００３】
この信号処理及び追尾処理の処理負荷は、目標数、天候、電波などの状況により変動する。従って、リアルタイム性を保証するためには、レーダ信号の受信から追尾結果出力までの処理遅延時間を制約の範囲内に抑えつつ、信号処理に費やせる時間を最大限確保することが望まれる。
【０００４】
この条件を満たすため、特許文献１では追尾処理時間の上限値を算出し、信号受信から追尾結果を出力するまでの処理遅延時間からこの上限値を差し引いた時間を信号処理に費やせる時間とする。このような構成により、リアルタイム性を維持しつつ、レーダ信号の信号処理に最大限の処理時間を費やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１-２３２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ処理装置は、信号処理と追尾処理の処理時間の配分を行うものであるが、複数の領域に対して行われる目標の追尾処理の状態については考慮されていない。その結果、複数の領域で検出される目標の追尾処理の状況に応じて、信号処理及び追尾処理を行う場合の演算処理が最適化されていない課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係るレーダ処理装置は、観測範囲に含まれる複数の領域の検出処理を行う検出手段と、前記検出手段の結果をもとに目標の追尾処理を行う追尾手段とを備え、前記検出手段は前記複数の領域の少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のレーダ処理装置は、リアルタイム性を維持しつつ、複数の領域で行われている追尾処理の状態に応じて、高精度な信号処理及び追尾処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるレーダ処理装置の構成。
【図２】この発明の実施の形態１にかかる目標の運動と目標の検出予想領域。
【図３】この発明の実施の形態１にかかるビーム追尾処理の説明図。
【図４】この発明の実施の形態１にかかるレーダ処理装置で行われる処理手順。
【図５】この発明の実施の形態２にかかるビーム追尾処理の説明図。
【図６】この発明の実施の形態２におけるレーダ処理装置で行われる処理手順。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
この発明のレーダ処理装置の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置を示すブロック構成図である。図において、１はレーダにおいて電波を送受信する送受信部、２は送受信部１から受信信号を受け取り目標の検出処理を行う検出手段である検出処理部、３は目標検出部２から検出結果を受け取り、目標の追尾処理を行う追尾手段である追尾処理部、４は追尾処理部３から追尾結果を受け取り、レーダとしての処理結果を表示・記録する表示記録部、５は装置全体を管理・制御する管理制御部を表す。レーダ処理装置は、送受信部１、検出処理部２、追尾処理部３、表示記録部４、管理制御部５の５ブロックにより構成される。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１２】
まず、レーダ処理装置の基本動作を説明する。レーダ処理装置内の管理制御部５は、ユーザや上位のシステムからの要求に従い、レーダの観測スケジュールや処理仕様を設定する。管理制御部５は設定したスケジュールに従い、送受信部１に電波の送信と受信を指示する。また、管理制御部５は検出処理部２と追尾処理部３にそれぞれの処理の仕様を指示する。
【００１３】
送受信部１は管理制御部５からの指示に従い電波を放射し、目標から反射された信号を受信する。送受信部１は受信した信号をデジタルデータに変換して、検出処理部２へ渡す。検出処理部２は送受信部１からデータを受け取り、そのデータに検出処理を施し、その検出結果を追尾処理部３へ渡す。追尾処理部３は、検出処理部２から処理結果を受け取り、その処理結果に追尾処理を施した後、その追尾結果を表示記録部４へ渡す。表示記録部４は追尾処理部３から処理結果を受け取り、表示や記録を行う。このとき、表示記録部４は、管理制御部５の指示に従い、表示や記録の内容を切り替える。また、表示記録部４は処理結果の一部を管理制御部５へ渡す。管理制御部５は、表示記録部４から受け取った追尾処理の結果に基づいて、レーダの観測スケジュールや処理仕様を修正する。また、管理制御部５は、修正された観測スケジュールに基づいて、送受信部１に電波の送受信の指示を行い、修正された処理仕様に基づいて検出処理部２と追尾処理部３にた処理に関する指示を行う。
【００１４】
次に、図２を用いてレーダ処理装置で行われる追尾処理について説明する。図２において、矢印６、８、１０はそれぞれ追尾対象としている目標の運動を示し、楕円７、９、１１はそのそれぞれの目標の検出予想領域を示す。目標の検出予想領域はゲートと呼ばれる。ここで、矢印６、８、１０の始点は前回検出された目標の位置、矢印６、８、１０の終点は目標の検出予想位置を示している。楕円７、９、１１は所定値以上の確率で目標が検出される領域を示している。この目標の検出予想領域やその範囲は、追尾処理部３が追尾処理によって得られた目標の運動モデル（位置、速度、方向など）に基づき算出する。
【００１５】
レーダ処理装置の送受信部１は電波の送信及び受信を行い、図３に示すように、観測範囲に含まれる複数の領域１２ａ〜１２ｄに示す指向性を有するビーム形状の観測結果を取得する。図３では、一部のビームの領域１２ｃだけがゲート１１と重なりを持ち、それ以外のビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｄはゲート１１と重なりを持たない状態を示している。図４にレーダ処理装置で行われる検出処理及び追尾処理の処理手順を示す。以下では、その処理手順について説明する。
【００１６】
検出処理部２は送受信部１からデータを受け取ると、信号処理によりビームの領域１２ａ〜１２ｄに属するデータ信号に分類して扱う。すなわち、検出処理部２はデータを複数の領域であるビームの領域１２ａ〜１２ｄに４分割し、観測範囲に含まれる複数の領域の検出処理を行う。検出処理部２は、この複数の領域の少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行う。具体的には、図３の例では、ゲート１１と重なりを持つビームの領域１２ｃの検出処理を最初に実行し、その実行結果を追尾処理部３へ送る（Ｓ１０１）。追尾処理部３はビームの領域１２ｃの検出処理結果を受け取り、その結果をもとにビームの領域１２ｃと重なるゲート１１を検出予想領域として目標の追尾処理を実施する（Ｓ１０２）。追尾処理部３はビームの領域１２ｃ内のゲート１１に対する追尾処理結果を表示記録部４へ送る。また、ビームの領域１２ｃの中でゲート１１と重ならない領域の検出結果は、ビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｄの検出処理結果を受け取るのを待って追尾処理を行う。ステップＳ１０２において、追尾処理部３は検出予想領域、すなわち、ゲート１１を、追尾処理部３での過去の追尾処理によって得られた目標の運動モデル（位置、速度、方向など）から計算する。
【００１７】
検出処理部２はビームの領域１２ｃの検出処理を終了した後、残るビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｄの検出処理を実施し、その実行結果を追尾処理部３へ送る（Ｓ１０３）。追尾処理部３はビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｄの検出処理結果を受け取り、その結果とビームの領域１２ｃの中でゲート１１と重ならない領域の検出結果を用いて、目標の追尾処理を実施する（Ｓ１０４）。
【００１８】
このように、本実施の形態のレーダ処理装置では、検出処理部２は観測範囲に含まれる複数の領域の検出処理を行い、複数の領域の少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行う。また、追尾処理部３はその検出処理結果をもとに目標の追尾処理を行う。その結果、優先順位を設けない従来技術と比較して、目標の追尾に必要な領域の検出処理をより早く開始することができ、目標に対する検出結果または追尾結果をより早く出せる。すなわち、レーダ処理装置はビームの領域１２ｃで検出される可能性を持つ目標の追尾処理を、他のビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｄの追尾処理よりも早く開始できる。また、許容処理遅延を守りつつ、必要な追尾処理により長い時間を割り当てることができ、リアルタイム性を維持しつつ高性能な追尾処理を行うことができる。図３では、検出処理部２は、目標の検出予想領域、すなわち、ゲートを含む領域の検出処理を優先的に行う。その結果、優先順位を設けない従来技術と比較して、ゲートを含む領域の検出処理を早く行うことができ、目標の追尾処理についても早く行うことができる。
【００１９】
ここでは、図３の例に従い、検出処理部２はゲート１１と重なりを持つビームの領域１２ｃの検出処理を優先的に行った。より一般的には、追尾処理部３が複数の領域の間の優先度を設定し、表示記録部４を介して、管理制御部５にその優先度情報を通知した後、管理制御部５がその優先度情報を検出処理部２に通知する構成とすることもできる。この際、追尾処理部３は過去の追尾状態から目標の検出予想領域を算出し、その検出予想領域と観測範囲に含まれる複数の領域、すなわち、ビームの領域、との重なりから、各領域の優先度を設定する。また、検出処理部２は追尾処理部３から優先度情報を直接受け取っても構わない。このような構成により、検出処理部２はその優先度情報に基づき、複数の領域の少なくとも１つの領域の検出処理を優先的に行うことができる。
【００２０】
実施の形態２.
実施の形態１では、複数の領域のうち少なくとも一つの領域の検出処理を優先的に行ったのに対して、実施の形態２では、目標の検出予想領域を将来の観測範囲に含むか否かによって検出処理の優先度を決定する処理を開示する。
【００２１】
図５はレーダ処理装置が目標の観測を、ビームの領域が時計回りで回転するように行う場合の一例である。図５において、１３、１４は目標の追尾結果に基づくゲート群を示す。ここで、ゲート群１３はゲートの集合体であり、検出予測領域が互いに重なる３つの目標による３つの楕円で表される検出予想領域の重なりである。また、ゲート群１４は検出予測領域が互いに重なる２つの目標による２つの楕円で表される検出予想領域の重なりを表す。
【００２２】
図５では、ビームの領域１２ｃがゲート群１３と重なりを有するのに加えて、ビームの領域１２ｄもゲート群１４と重なりをもつ。ここで、ゲート群１３は現在のビームの領域で追尾処理が完了するのに対して、ゲート群１４は将来の観測範囲である次の時刻のビームの領域の検出結果を得るまで、ゲート群１４の追尾処理を完了することができない。すなわち、ビームの領域１２ｃの将来の観測範囲には目標の検出予想領域が含まれないのに対して、ビームの領域１２ｄの将来の観測範囲には目標の検出予想領域が含まれる。本実施の形態におけるレーダ処理装置では、図５の状況においてレーダ処理装置が目標の観測を行う場合を扱う。
【００２３】
図６に本実施の形態におけるレーダ処理装置で行われる検出処理及び追尾処理の処理手順を示す。以下では、その処理手順について説明する。ここでは、ビームの領域１２a〜１２ｄの前回のビームの領域の処理は完了しているものとし、次の時刻におけるレーダ処理装置での各ビームの領域の処理について述べる。
【００２４】
本実施の形態では、検出処理部２でビームの領域１２ｃの検出処理を行い、追尾処理部３がその検出処理結果に基づき追尾処理を行うことで、ゲート群１３の追尾処理を完了する（Ｓ２０１）。一方、ゲート群１４の追尾処理は、検出処理部２で将来の観測範囲である次の時刻のビームの領域の検出結果が得られるまで、ゲート群１４の追尾処理を完了することができない。これは、ゲート群１４が時間的に時計回りに観測される次の時刻のビームの領域とも重なるため、現在のビームの領域１２ｄのみでは追尾処理を完了できないためである。追尾処理部３は、検出処理部２がゲート群１４と重なりを持つ次の時刻のビームの領域の検出処理が終了するまで、次の時刻でも追尾処理を続ける（Ｓ２０２）。
【００２５】
そこで、検出処理部２はビームの領域１２ｄの検出処理の完了時刻を、ビームの領域１２ｄがゲート群１４と重なりを持つ次の時刻のビームの領域の追尾処理が完了する時刻まで許容する（Ｓ２０３）。これにより、追尾処理部３がビームの領域１２ｄの検出処理をビームの領域１２ｄの追尾処理が完了する時刻まで延長でき、ビームの領域１２ｄの許容処理遅延が延長される（Ｓ２０４）。その結果、他のビームの領域１２a、１２ｂ、１２ｃの処理を早く行い、ビームの領域１２ｄの処理を遅らせることが可能となる。
【００２６】
ここで、追尾処理部３は、時間的に変化するビームの領域がゲート群１３の検出予測領域と共有部分を持つ最終時刻を追尾処理の完了時刻とすることができる。このような手法により、追尾処理部３は、完了時刻の設定を事前に行える。
【００２７】
検出処理部２で設定される許容処理遅延は、ビームの領域ごとに設定される。また、許容処理遅延の設定時間幅は、近傍のみの観測なら短時間に設定し、遠方まで観測するなら長時間とするなど、装置の観測状態に応じて任意に設定できる。また、各処理で予測される遅延予測に基づいて、その許容処理遅延を再調整する方法もある。
【００２８】
また、ある時刻でビームの領域と重なりを持つゲート群が、将来の観測範囲である次の時刻のビームの領域とも重なりを持つ場合、その領域を処理する許容処理遅延時間を、次の時刻のビームの領域を処理する時刻まで延長する。この結果、検出処理の実施時期の範囲を広げることができ、短期的に集中する演算負荷の処理の実施時期をずらすことができる。本構成を用いると、演算負荷を時間的に平滑化でき、一時刻で必要とされる演算能力を抑えることができる。言い換えれば、より演算性能が低い処理装置で、検出処理を実現することができる。
【００２９】
例えば、検出処理部２を多数のプロセッサで実現する場合、必要とする演算能力を抑えることができると、必要とするプロセッサの数を減らすことができる。従って、本実施の形態の構成を用いると、レーダ処理装置のコスト、容積、消費電力を減らせるということに繋がる。
【００３０】
また、ビームの領域と重なりを持つゲート群が、後続するビームの領域と連鎖的な重なりを持つ場合、許容処理遅延が大幅に延長され、追尾処理の完了時期が大幅に遅れる。これを回避するため、後続するビームの領域の連鎖が続く場合には、このゲート群を分断する。例えば、４ビーム以上連鎖する場合には、許容処理遅延に上限を設け、３ビーム毎にゲートを分断することで、大きな遅延が生じないようにする。このように、将来の観測範囲に含まれる前記目標の検出予想領域の許容処理遅延を所定の値以下に抑える。以上の動作により、追尾処理が大幅に遅れることを回避することができる。
【００３１】
以上の動作で示すように、検出処理部２は、複数の領域のうち、目標の検出予想領域を将来の観測範囲に含まない第１の領域の検出処理を目標の検出予想領域を将来の観測範囲に含む第２の領域の検出処理よりも優先的に行う。その結果、目標の追尾処理が完了する時刻に合わせて追尾処理を行うことができ、時間的に演算処理を分散することができる。
【００３２】
また、検出処理部２は複数の領域のうち少なくとも１つの領域に対する許容処理遅延を設定し、その許容処理遅延時間内にその領域の検出処理を行う。その結果、許容処理遅延の度合いに応じて、演算処理を時間的に分散することができ、演算処理を効率化できる。さらに、追尾処理部３は将来の観測範囲に含まれる前記目標の検出予想領域の許容処理遅延に上限を設ける。
【００３３】
実施の形態３.
実施の形態１、２では、目標の検出予想領域を含まないビームの領域１２ａ、１２ｂの検出処理について特段の記載を行わなかったのに対し、実施の形態３では、目標の検出予想領域を含まないビームの領域１２ａ、１２ｂの検出処理に許容処理遅延を設定する構成を開示する。
【００３４】
検出処理部２は目標の検出予想領域を含まないビームの領域１２ａ、１２ｂの検出処理を、将来の観測範囲である次の時刻のビームの領域１２ａ、１２ｂの観測を行う直前まで延長できる。その結果、次の時刻の処理を開始する直前まで処理時間を延ばすことができる。また、実施の形態２と同様、短期的に演算負荷が高まる場合に、これら検出処理の実施時期をずらし、必要とする演算能力を抑えることができる。
【００３５】
このように、検出処理部２は複数の領域のうち目標の検出予想領域を含まない領域に対して、その許容処理遅延を次の観測時刻の直前に設定する。その結果、検出処理の実施時期をずらすことができ、必要とする演算能力を抑えることができる。
【００３６】
実施の形態４.
追尾処理部３は、検出処理部２で行われる検出処理結果に基づき、目標の追尾処理を行う。この際、検出処理結果では、追尾中の目標以外にも新たに抽出される対象物が発生する場合がある。連続する時間での観測においてこの対象物が継続的に認識される場合、検出処理部３ではその対象物を新たな目標として認識する。従って、追尾処理部３では、まだ目標にはなっていないが、次の観測次第で目標として確立する目標となる前の対象物がある。
【００３７】
追尾処理部３では、この目標となる前の対象物に対しても、運動予測を行うことで検出予測領域を求める。また、実施の形態１と同じく、検出処理部２はこの対象物の検出予測領域と重なりを持つ領域、すなわち、ビームの領域を優先して検出処理し、その優先して検出処理された結果を追尾処理部３に送る。
【００３８】
以上の動作により、追尾対象として確立する直前の目標の検出処理を先行させて処理することができる。その結果、追尾対象として確立する直前の目標の追尾結果を早く出せるようになり、新たな目標を早く認識することができる。また、許容処理遅延を守りつつ、より長い時間を追尾処理に割り当てることができる。
【００３９】
実施の形態５.
実施の形態１．〜４.では、検出処理部３は目標の検出予想領域、すなわち、ゲートの領域を優先的に処理したのに対し、本実施の形態では目標の検出予想領域とは別の特定の領域の処理を優先する構成について記載する。
【００４０】
追尾処理部３は過去の追尾結果に基づき、目標の検出予想領域とは別の優先処理範囲を指定することも可能である。例えば、目標が到達する確率が極めて高い領域などを、目標の検出予想領域と別に設定することもできる。また、複数の目標が検出される確率が高い領域として、別の優先処理範囲を指定することもできる。このように、所定値以上の確率で目標が検出される基準とは別の基準で優先処理範囲を指定することも可能である。
【００４１】
検出処理部２は追尾処理部３で設定された内容に従い、検出処理を行う。その結果、検出処理部２では、複数の領域の中で追尾処理部３が設定した優先処理範囲を含む領域の検出処理を優先的に処理できる。また、所定値以上の確率で目標が検出される基準とは別のさまざまな基準で、検出処理の優先度を決めることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１：送受信部、２：検出処理部、３：追尾処理部、４：表示記録部、５：管理制御部、
６、８、１０：予測する目標物の移動、７、９、１１：目標物の移動後の検出予測領域、
１２a、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：ビームの領域、１３、１４：ゲート群
【図１】
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【図２】
2015072191.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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