(57)【要約】【課題】レーダー装置において、分解能を向上させつつ機器の大型化を抑制する。【解決手段】レーダー装置１００は、電磁波２００を放射すると共に物体で反射した電磁波を受信するアンテナ１２０と、アンテナ１２０からの電磁波の放射方向を変更可能なミラー１４０と、電子回路及びコンピュータを内蔵した制御装置１６０と、を有する。そして、制御装置１６０は、ミラー制御部１６２でミラー１４０による電磁波２００の放射方向を変えながら、アンテナ１２０で受信した電磁波２００を送受信部１６２で増幅しながら合成開口処理部１６６で合成開口処理を行い、分解能を向上させる。このとき、レーダー装置１００は、アンテナ１２０を動かさずに、ミラー１４０を動かして探索範囲を拡大するため、機器の大型化を抑制することができる。【選択図】図１
2015210220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射すると共に物体で反射した電磁波を受信するアンテナと、
前記アンテナからの電磁波の放射方向を変更可能なミラーと、
前記ミラーにより電磁波の放射方向を変えながら、前記アンテナで受信した電磁波の合成開口処理を行う制御装置と、
を有するレーダー装置。
【請求項２】
前記ミラーは、少なくとも任意の１軸周りに回転可能である、
請求項１に記載のレーダー装置。
【請求項３】
前記ミラーは、曲面を有している、
請求項２に記載のレーダー装置。
【請求項４】
前記曲面ミラーの曲面の焦点は、前記曲面ミラーの回転中心からずれている、
請求項３に記載のレーダー装置。
【請求項５】
前記ミラーは、水平面上及び鉛直面上の少なくとも一方で移動可能である、
請求項３又は請求項４に記載のレーダー装置。
【請求項６】
前記アンテナ、前記ミラー及び前記制御装置は、地上に設置される、
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダー装置は、電磁波を対象物に照射し、対象物で反射して戻ってきた電磁波を分析することで、対象物を観測する。レーダー装置の分解能は、波長に比例するため、同じ直径の光学レンズに比べて分解能が大幅に低い。このため、特表２００２−５３５６６１号公報（特許文献１）に記載されるように、回転体にアンテナを取り付けることで、分解能を向上させたレーダー装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５３５６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転体にアンテナを取り付けても、回転体の半径が大きくなければ分解能を向上させることは困難である。また、レーダー装置を地上に設置する場合には、回転体の半径が大きくなることから、機器が大型化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、分解能を向上させつつ機器の大型化を抑制した、レーダー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
レーダー装置は、電磁波を放射すると共に物体で反射した電磁波を受信するアンテナと、アンテナからの電磁波の放射方向を変更可能なミラーと、ミラーにより電磁波の放射方向を変えながら、アンテナで受信した電磁波の合成開口処理を行う制御装置と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分解能を向上させつつ機器の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レーダー装置の一例を示すシステム構成図である。
【図２】ミラー本体の回転軸の一例を示す説明図である。
【図３】ミラー本体の移動方向の一例を示す説明図である。
【図４】送受信部の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、レーダー装置の一例を示す。
【００１０】
レーダー装置１００は、電磁波２００を放射すると共に物体で反射した電磁波２００を受信するアンテナ１２０と、アンテナ１２０からの電磁波の放射方向を変更可能なミラー１４０と、ミラー１４０により電磁波２００の放射方向を変えながら、アンテナ１２０で受信した電磁波２００の合成開口処理を行う制御装置１６０と、を有する。ここで、電磁波２００としては、例えば、マイクロ波、ミリ波などを使用することができる。電磁波２００としてマイクロ波、ミリ波などを使用すると、可視光などと比べて波長が長いため、天候などの影響を受けずに対象物を観察することができる。
【００１１】
アンテナ１２０は、立体角が小さいペンシルビーム状の電磁波２００を放射可能なものであって、レーダー装置１００を設置する物体、例えば、地上に設置するのであれば建物など、航空機に設置するのであれば機体などに固定される。
【００１２】
ミラー１４０は、電磁波２００を反射する特性を持つミラー本体１４２と、アンテナ１２０に対するミラー本体１４２の姿勢を変更する姿勢変更装置１４４と、を有する。
【００１３】
ミラー本体１４２は、アンテナ１２０から放射された電磁波２００を反射して放射方向を変更すると共に、物体で反射して戻ってきた電磁波２００をアンテナ１２０の方向に反射する。ミラー本体１４２としては、例えば、曲率が一定の曲面、円柱，球，楕円球などの一部をなす曲面を有するミラー、ポリゴンミラーなどを使用することができる。ここで、曲率が無限大である平面も曲面に含まれる。ミラー本体１４２として、曲率が有限である曲面を有するミラーを使用すれば、アンテナ１２０からの電磁波２００の放射方向を大きく変えることが可能となり、探索範囲の拡大を通して分解能を向上させることができる。
【００１４】
姿勢変更装置１４４は、ミラー本体１４２とリンクなどを介して連結されており、制御装置１６０からの制御信号に応じて、アンテナ１２０に対するミラー本体１４２の姿勢を任意に変更する。姿勢変更装置１４４は、図２に示すように、水平面上で延びる第１の回転軸１４４Ａ、及び、第１の回転軸１４４Ａを通る鉛直面上で鉛直方向に延びる第２の回転軸１４４Ｂの周りにミラー本体１４２を回転させる。第１の回転軸１４４Ａ及び第２の回転軸１４４Ｂの周りにミラー本体１４２を回転させるために、姿勢変更装置１４４は、図示しないサーボモータなどのアクチュエータを備えている。ここで、水平面及び鉛直面とは、レーダー装置１００を設置した物体を基準として規定した面である（以下同様）。
【００１５】
なお、第１の回転軸１４４Ａ及び第２の回転軸１４４Ｂは、任意方向に延びる軸周りにミラー本体１４２を回転させてもよい。また、ミラー本体１４２は、２つに限らず、少なくとも任意の１軸周りに回転可能であってもよい。
【００１６】
また、姿勢変更装置１４４は、図３に示すように、水平面上で直交するｘ軸及びｙ軸、並びに、ｘ軸及びｙ軸と直交するｚ軸（鉛直軸）の３軸方向に、ミラー本体１４２を所定範囲移動（オフセット）させる。従って、姿勢変更装置１４４は、水平面上及び鉛直面上でミラー本体１４２を移動可能となっている。ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の方向にミラー本体１４２を移動させるために、姿勢変更装置１４４は、図示しないサーボモータなどのアクチュエータを備えている。なお、ミラー本体１４２は、水平面上及び鉛直面上の少なくとも一方で移動可能であってもよい。
【００１７】
ここで、姿勢変更装置１４４でミラー本体１４２の姿勢を変更したとき、アンテナ１２０から放射された電磁波２００の反射方向を変更可能とすべく、ミラー本体１４２の曲面の焦点が回転中心とずれた位置となっている。このようにすれば、ミラー本体１４２の姿勢を変更しても、電磁波２００の反射方向が変わらないことを防止できる。
【００１８】
制御装置１６０は、姿勢変更装置１４４を介してミラー本体１４２の姿勢を制御するミラー制御部１６２と、アンテナ１２０を介して電磁波２００を送受信する送受信部１６４と、送受信部１６４で増幅された電磁波２００の合成開口処理を行う合成開口処理部１６６と、を有する。
【００１９】
ミラー制御部１６２は、アンテナ１２０から放射された電磁波２００を探索範囲の全域に亘って反射するように、姿勢変更装置１４４のアクチュエータに駆動信号を出力する。ミラー制御部１６２は、例えば、電磁波２００の照射範囲を上から下へと順次変更しつつ、電磁波２００の照射範囲を左から右へと変更し、探索範囲を走査する（ラスタースキャン）。ここで、ミラー制御部１６２は、例えば、マイクロコンピュータのフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）に格納されたプログラムを実行することで具現化される。なお、探索範囲の走査方法は、上記方法に限らず、公知の方法を適用することができる。
【００２０】
送受信部１６４は、図４に示すように、同期信号発生器１６４Ａと、送信器１６４Ｂと、受信器１６４Ｃと、送受切換器１６４Ｄと、を有する。同期信号発生器１６４Ａは、レーダー装置１００が放射する電磁波２００の周波数及び送受信タイミングを規定する基準信号を作成する。送信器１６４Ｂは、同期信号発生器１６４Ａにより作成された同期信号に基づいて送信するパルスを作成し、これを必要な電力まで増幅する。受信器１６４Ｃは、アンテナ１２０を介して受信した電磁波２００を所定電力まで増幅する。送受切換器１６４Ｄは、パルスを送信するときにアンテナ１２０を送信器１６４Ｂに接続し、それ以外のときにアンテナ１２０を受信器１６４Ｃに接続する。ここで、送受信部１６４は、例えば、各種機能を実現する電子回路から構成することができる。
【００２１】
合成開口処理部１６６は、送受信部１６４の受信器１６４Ｃで増幅された電磁波２００に対して、ドップラー効果を考慮して合成する合成開口処理を行うことで、仮想的なアンテナを構築して分解能を向上させる。即ち、小さな開口面（アンテナ）を合成して大きな開口面（アンテナ）を実現し、物体観測の分解能を向上させる。合成開口処理部１６６において合成開口処理が行われた結果は、例えば、認識可能な画像としてモニタなどに出力される。ここで、合成開口処理部１６６は、ミラー制御部１６２と同様に、例えば、マイクロコンピュータのフラッシュＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで具現化される。なお、合成開口処理は公知技術であるため、その詳細については割愛する。
【００２２】
かかるレーダー装置１００において、所定の探索範囲を観測する場合には、アンテナ１２０からパルス状の電磁波２００を放射しながら、アンテナ１２０により物体で反射して戻ってきたパルス状の電磁波２００を受信する。このとき、アンテナ１２０から放射された電磁波２００は、ミラー本体１４２により反射方向が変更され、探索範囲の一部の領域を照射する。一部の領域に存在する物体で反射した電磁波２００は、ミラー本体１４２によりアンテナ１２０の方向に反射され、アンテナ１２０によって受信される。
【００２３】
次に、制御装置１６０のミラー制御部１６２は、ミラー１４０の姿勢変更装置１４４に対して駆動信号を出力し、電磁波２００が他の領域を照射して走査すべく、ミラー本体１４２の姿勢を変更する。そして、他の領域に存在する物体で反射した電磁波２００は、ミラー本体１４２によりアンテナ１２０の方向に反射され、アンテナ１２０によって受信される。
【００２４】
このような処理を順次繰り返し、探索範囲の全域に亘って電磁波２００を順次照射し、物体で反射した電磁波２００を受信する。そして、アンテナ１２０で受けた電磁波２００に対して公知の合成開口処理を行って、探索範囲を観察する。このとき、小さな領域に照射した電磁波２００のエコーを合成開口処理することで、探索範囲を観察する分解能を向上させることができる。また、アンテナ１２０を動かさずに、曲面を有するミラー本体１４２を動かすため、レーダー装置１００のサイズが大きくなることを抑制できる。
【００２５】
ミラー本体１４２の姿勢を変更する場合、水平面上で延びる第１の回転軸１４４Ａ、及び、鉛直面上で延びる第２の回転軸１４４Ｂの周りで回転させるだけでなく、水平面上及び鉛直面上で移動可能となっているため、アンテナ１２０に対するミラー本体１４２の姿勢を大きく変更することができる。このため、アンテナ１２０からの電磁波２００の放射方向を大きく変えることができ、仮想的なアンテナの半径が大きくなることから、分解能を更に向上させることができる。
【００２６】
また、鉛直方向及び水平方向で要求される分解能が異なる場合には、ミラー本体１４２の曲面の曲率半径を縦横で異ならせることで対応可能である。
【００２７】
制御装置１６０としては、ミラー制御部１６２が実装された第１の制御装置、送受信部１６４が実装された第２の制御装置、合成開口処理部１６６が実装された第３の制御装置に分かれていてもよい。なお、２つの制御装置が１つの筐体に格納されていてもよい。
【００２８】
レーダー装置１００の適用事例としては、例えば、踏切などにおいて障害物が存在するか否かを検知する踏切障害検知などが挙げられる。なお、レーダー装置１００は、鉄道分野に限らず、多様な分野に適用可能であることはいうまでもない。また、地上に限らず、航空機、人工衛星などの移動体にも、レーダー装置１００を搭載することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  レーダー装置
１２０  アンテナ
１４０  ミラー
１４２  ミラー本体
１４４  姿勢変更装置
１４４Ａ  第１の回転軸
１４４Ｂ  第２の回転軸
１６０  制御装置
１６２  ミラー制御部
１６４  送受信部
１６６  合成開口処理部
２００  電磁波
【図１】
2015210220.tif 000003
【図２】
2015210220.tif 000004
【図３】
2015210220.tif 000005
【図４】
2015210220.tif 000006