(57)【要約】【課題】レーダシステムの肥大化を伴わずに、海上または海中の目標を探知可能にする。【解決手段】本実施形態に係るレーダ装置は、空中線を介して海面にレーダ波を送信し、前記海面からの反射波を受信する送受信部と、前記送受信部からの受信信号に基づいて海面クラッタ情報を算出する海面クラッタ算出部と、前記海面クラッタ情報から海面変化を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、目標の存在の有無に基づく海面変化の情報を記憶するデータベースと、前記特徴量を前記データベースと照合することにより前記目標の存在領域を推定する目標存在領域推定部とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中線を介して海面にレーダ波を送信し、前記海面からの反射波を受信する送受信部と、
前記送受信部からの受信信号に基づいて海面クラッタ情報を算出する海面クラッタ算出部と、
前記海面クラッタ情報から海面変化を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
目標の存在の有無に基づく海面変化の情報を記憶するデータベースと、
前記特徴量を前記データベースと照合することにより前記目標の存在領域を推定する目標存在領域推定部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記特徴量抽出部は、前記海面クラッタ情報を海面流ベクトルで表し、前記海面流ベクトルの変化に関する特徴量を抽出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記特徴量抽出部は、前記目標の探知領域を複数の分割領域に区分し、前記分割領域ごとに海面クラッタ情報を統計解析することにより前記特徴量を抽出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
空中線を介して海面にレーダ波を送信し、前記海面からの反射波を受信する送受信ステップと、
前記送受信ステップからの受信信号に基づいて海面クラッタ情報を算出する海面クラッタ算出ステップと、
前記海面クラッタ情報から特徴量を抽出する特徴量抽出ステップと、
目標の存在の有無に基づく海面の変化の情報をデータベースに記憶する記憶ステップと、
前記特徴量を前記データベースと照合することにより前記目標の存在領域を推定する目標存在領域推定ステップと
を有することを特徴とする目標推定方法。
【請求項５】
前記特徴量抽出ステップは、前記海面クラッタ情報を海面流ベクトルで表し、前記海面流ベクトルの変化に関する特徴量を抽出することを特徴とする請求項４に記載の目標推定方法。
【請求項６】
前記特徴量抽出ステップは、前記目標の探知領域を複数の分割領域に区分し、前記分割領域ごとに海面クラッタ情報を統計解析することにより前記特徴量を抽出することを特徴とする請求項４に記載の目標推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、航空機等に搭載され、海上または海中の目標を探知するレーダ装置及び目標推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海上または海中に存在する船舶等の目標を探知するには、レーダから探知領域に電波を送信し、送信した電波が目標（船舶等）そのものに当たってはね返った反射波を受信して検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９０７９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術によって船舶等の小さな目標を探知するためには、目標からの反射信号のＳ／Ｎを大きくしようとするアプローチがとられてきた。しかしながら、レーダの送信電力を高出力化するか、あるいは空中線を大型化する等のハードウェア構成で対処することにも限界がある。特に、航空機等の搭載レーダにおいては、重量やペイロードの制約が大きく、このアプローチは実現が困難であった。
【０００５】
本実施形態の目的は、レーダシステムの肥大化を伴わずに、海上または海中の目標を探知可能なレーダ装置及び目標推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るレーダ装置は、空中線を介して海面にレーダ波を送信し、前記海面からの反射波を受信する送受信部と、前記送受信部からの受信信号に基づいて海面クラッタ情報を算出する海面クラッタ算出部と、前記海面クラッタ情報から海面変化を示す特徴量を抽出する特徴量抽出部と、目標の存在の有無に基づく海面変化の情報を記憶するデータベースと、前記特徴量を前記データベースと照合することにより前記目標の存在領域を推定する目標存在領域推定部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るレーダ装置の処理系統を示す図。
【図２】実施例１の動作を示すフローチャート。
【図３】海面流ベクトルを観測する様子を示す図。
【図４Ａ】実施例１の特徴量抽出処理を示す図。
【図４Ｂ】実施例１の特徴量抽出処理を示す図。
【図５】対象目標周辺の海面が盛り上がる様子を示す図。
【図６】実施例２の動作を示すフローチャート。
【図７Ａ】実施例２の特徴量抽出処理を示す図。
【図７Ｂ】実施例２の特徴量抽出処理を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るレーダ装置及び目標推定方法を説明する。
【０００９】
図１に、本実施形態に係るレーダ装置の処理系統を示す。  
このレーダ装置は、例えば、航空機に搭載されるものであって、空中線１０、送受信機１１、ビーム形成部１２、海面クラッタ算出部１３、特徴量抽出部１４、目標存在領域推定部１５、推定データベース１６、及び表示器１７を備える。
【００１０】
空中線１０は、送受信機１１から送られてくる送信信号を電波に変換し、レーダ波として空中に送信するとともに、送信したレーダ波の反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信機１１に送る。
【００１１】
送受信機１１は、レーダ波を発生するための送信信号を生成し、空中線１０に送る。また、送受信機１１は、空中線１０から送られてくる受信信号に所定の処理を施してビーム形成部１２へ送る。
【００１２】
ビーム形成部１２は、送受信機１１から送られてくる信号に基づきビームを形成する信号（ビームデータ）を生成し、海面クラッタ算出部１３へ送る。
【００１３】
海面クラッタ算出部１３は、ビーム形成部１２からのビームデータから海面クラッタの反射信号を抽出し、海面からの反射（シー・クラッタ）に関する情報（以下、海面クラッタ情報とする）を算出する。海面クラッタ情報には、振幅や位相の情報が含まれているため、海面クラッタの信号強度や速度情報が得られる。特に、海面クラッタの反射信号のドプラ周波数を分析することにより、海面流の速度ベクトル（海面流の速度の方向と大きさ）を求めることができる。
【００１４】
特徴量抽出部１４は、海面クラッタ算出部１３で算出される海面クラッタ情報から海面変化を示す特徴量を抽出する。
【００１５】
推定データベース１６は、目標が存在する領域周辺と存在しない領域周辺でどのように海面の状態が異なるのか、予め多くのデータを取得・解析し、目標の存在の有無に基づく海面変化の情報を記憶する。
【００１６】
目標存在領域推定部１５は、特徴量抽出部１４で抽出された特徴量を推定データベース１９と照合することにより目標の存在領域を推定し、推定結果を表示器１７に送る。
【００１７】
表示器１７は、目標存在領域推定部１５から送られてくる推定結果を表示する。
【００１８】
以下、上記のように構成されるレーダ装置の具体的な動作を、各実施例にしたがって説明する。実施例１では、海面流の速度変化から目標の存在領域を推定する手法、実施例２では、海面からの反射（シー・クラッタ）の統計解析により目標の存在領域を推定する手法を説明する。
【００１９】
［実施例１］  
海中あるいは海上を、艦船等が航行することにより、自然の海面流とは異なる人工的な海面流が発生する。レーダ装置では、反射信号のドプラ周波数を分析することにより、海面流の速度ベクトル（海面流の速度の方向と大きさ）を推定することが可能である。そこで、実施例１では、この海面流の速度ベクトルをもとに目標の存在領域を推定する。  
図２は、実施例１の動作を示すフローチャートである。
【００２０】
送受信機１１は、レーダ波を発生するための送信信号を生成し、空中線１０を介してレーダ波として空中に送信し、その反射波を受信する。ビーム形成部１２は、この受信信号に対してビームを形成した後に海面クラッタ算出部１３へ送る（ステップＳ１１）。
【００２１】
海面クラッタ算出部１３は、ビーム形成部１２から送られてくるビームデータから海面流ベクトルを算出する（ステップＳ１２）。但し、レーダによる１回の観測で得られる速度ベクトルは、レーダのラジアル方向（レーダと目標を結ぶ直線方向上）に限られる。そこで、例えば、図３に示すように、１つの観測エリアについて、航空機搭載レーダにより２つの位置Ａ，Ｂで観測を行う。そして、図４Ａに示すように、異なる角度で観測された１次元の海面流ベクトルを合成することで、２次元の海面流ベクトルを得ることができる。
【００２２】
特徴量抽出部１４は、海面クラッタ算出部１３で算出される２次元の海面流ベクトルをもとに、海面流ベクトルを示す画像を生成し、その画像から特徴量を検出する（ステップＳ１３）。図４Ｂに示すように、２次元の海面流ベクトル画像から海面流の変化の特徴量（図４においては“エッジ”）を抽出する。エッジの検出は、例えば、上下左右方向の隣り合うセルの差分（空間微分）を数値化し、数値の高い部分をつなげることなどが考えられる。なお、海面流ベクトルの多次元化と特徴量の抽出の手法としては、気象予測分野で使われるＶＶＰ法、又はＧａｌ−Ｃｈｅｎ法などを活用することができる。
【００２３】
目標存在領域推定部１５は、上記抽出された特徴量を推定データベース１６と照合することにより目標の存在領域を推定する（ステップＳ１４）。例えば、推定データベース１６に、エッジの表れ方と実際の目標の存在位置との相関付けをデータベース化しておき、エッジの表れ方から目標の存在位置を推定する。一例としては、図４Ｂにおいて２本の線分であるエッジがなす角において、角の二等分線の延長上に目標が存在するといった推測方法が考えられる。
【００２４】
表示器１７は、例えば図４Ｂに示すように、目標存在領域推定部１５による目標の存在領域の推定結果をＰＰＩ画像に表示する（ステップＳ１５）。
【００２５】
［実施例２］  
図５に示すように、対象目標が海面近くの浅海域に存在する場合には、対象目標周辺の海面が盛り上がることが知られている。これは、浅海域において対象目標が移動することで、押しのけられた海水が行き場を失って海面を盛り上げることが原因とされている。そこで、実施例２では、盛り上がった海面とそうでない自然な海面のシー・クラッタの統計的な特徴の違いを分析することにより、対象目標の存在の有無を推定する。
【００２６】
図６は、実施例１の動作を示すフローチャートである。
【００２７】
送受信機１１は、レーダ波を発生するための送信信号を生成し、空中線１０を介してレーダ波として空中に送信し、その反射波を受信する。ビーム形成部１２は、この受信信号に対してビームを形成した後に海面クラッタ算出部１３へ送る（ステップＳ２１）。
【００２８】
海面クラッタ算出部１３は、ビーム形成部１２から送られてくるビームデータから海面クラッタ情報を算出し、これを時系列で収集する（ステップＳ２２）。具体的には海面クラッタ情報はベクトル量として得られるため、振幅と位相が推定される。更に、これを時系列で収集することで、位相回転量の変化即ちドプラ周波数（レーダに対する速度）の変化を知ることも可能である。
【００２９】
特徴量抽出部１４は、目標の探知領域を複数の分割領域に区分し、分割領域毎の海面クラッタ情報の時系列データを生成する（ステップＳ２３）。そして、特徴量抽出部１４は、その分割領域ごとに海面クラッタ情報を統計解析することにより特徴量を抽出する（ステップＳ２４）。例えば、対象目標が存在して海面が盛り上がっている状態では、シー・クラッタの特徴が対象目標が存在しない領域とは異なることが予想される。ここでは、ある決められたルールに従った区分で海面をエリア分割し、エリアごとにシー・クラッタの特徴を分析する。分割領域としては、例えば、図７Ａに、Ｒａｎｇｅ−Ａｚｉｍｕｔｈ分割イメージと、Ｌａｔ−Ｌｏｎ．分割イメージを示す。例えば、図７Ｂに示すような分割領域ごとの振幅の時系列データから特徴のある解析結果を得ることができる。
【００３０】
目標存在領域推定部１５は、特徴量抽出部１４で抽出された特徴量を推定データベース１６と照合することにより目標の存在領域を推定する（ステップＳ２５）。推定データベース１６には、対象目標が存在する領域と存在しない領域のシー・クラッタの特徴の違いをフィールドデータの取得・解析等により把握して予め記憶しておく。目標存在領域推定部１５は、特徴量抽出部１４により取得した分割領域ごとのシー・クラッタの特徴量の差異から対象目標の存在領域を推定する。
【００３１】
一例としては、グレージングアングルの違いによるシー・クラッタの振幅強度の違いが挙げられる。図５に示すように、シー・クラッタは、レーダから海面を見込む角度（グレージングアングル）により、振幅強度が大きく変化する（例えば、Fred E. Nathanson, “Radar Design Principles”, McGraw-Hill, Inc., 1969, p. 275 - 278を参照）。対象目標が存在することで盛り上がっている海面において、対象目標周辺では、対象目標の位置を中心にグレージングアングルの変化が発生する。これがクラッタエコーの強度変化として受信されることになり、目標が存在しない領域と顕著な差を示すことになる。
【００３２】
表示器１７は、例えば図７Ｂに示すように、目標存在領域推定部１５による目標の存在領域の推定結果をＰＰＩ画像に表示する（ステップＳ２６）。
【００３３】
上記実施例１および実施例２によれば、対象目標の存在領域を推定するためには膨大なフィールドデータを解析する必要があるが、これらを分析し、アルゴリズムを構築し、パラメータをチューニングすること等により、従来とは異なるアプローチで目標の存在領域を推定することが可能となる。つまり、従来の直接的な対象目標の探知においては“不要波”として抑圧処理を施されていた海面クラッタ情報を用いて、対象目標の存在領域の推定を行うことにより、レーダシステムの肥大化を伴わずに、海上または海中の目標を探知することが可能となる。
【００３４】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…空中線、１１…送受信機、１２…ビーム形成部、１３…海面クラッタ算出部、１４…特徴量抽出部、１５…目標存在領域推定部、１６…推定データベース、１７…表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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