(57)【要約】【課題】ドップラーレーダなどの測定装置において、測定結果の信頼性を正しく判定する。【解決手段】振幅測定部１４１は、受信部１１３が受信した反射波５０２のピーク時刻における振幅を測定する。参照値測定モードにおいて、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅を振幅記憶部１５１が記憶しておく。高度・速度測定モードにおいて、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅と、振幅記憶部１５１が記憶しておいた反射波５０２の振幅とを、振幅判定部１５５が比較し、振幅の差が許容範囲内であるか否かを判定する。振幅の差が許容範囲内であると振幅判定部１５５が判定した場合、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した測定結果の信頼性が高いことを表わす信号を出力し、振幅の差が許容範囲外であると振幅判定部１５５が判定した場合、信頼性出力部１５６は、測定結果の信頼性が低いことを表わす信号を出力する。【選択図】図１
2008304329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信する送信部と、
上記送信部が送信した電波が対象に当たって反射した反射波を受信する受信部と、
上記受信部が受信した反射波の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部と、
上記反射波測定部が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部と、
上記受信部が受信した反射波の振幅を測定する振幅測定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部が判定した場合に、上記状態算出部が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部と
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
上記測定装置は、更に、
上記振幅測定部が測定した振幅を記憶する振幅記憶部を有し、
上記振幅判定部は、上記振幅測定部が測定した振幅と、上記振幅記憶部が以前に記憶した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
上記測定装置は、更に、
上記対象との距離を予測する距離予測部と、
上記状態算出部が算出した距離と、上記距離予測部が予測した距離とを比較し、上記距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する距離判定部とを有し、
上記信頼性出力部は、更に、上記距離の差が所定の範囲内でないと、上記距離判定部が判定した場合に、上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
上記測定装置は、更に、
上記振幅測定部が測定した振幅に基づいて、上記対象のレーダ断面積を算出する断面積算出部と、
上記断面積算出部が算出したレーダ断面積を記憶する断面積記憶部と、
上記断面積記憶部が以前に記憶したレーダ断面積に基づいて、上記反射波の振幅を予測する振幅予測部とを有し、
上記振幅判定部は、上記振幅測定部が測定した振幅と、上記振幅予測部が予測した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機などに搭載し、搭載された航空機などの高度や速度を測定するドップラーレーダなどの測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などを航法誘導するためには、航空機などの高度や速度を測定する必要がある。
ドップラーレーダは、ＧＰＳ衛星のような外部からの支援がなくても高度や速度を測定することができるので、災害地における無人機の着陸支援や、惑星探査機の自律航法など外部からの支援が期待できない状況でも利用することができる。
【非特許文献１】Ｍｙｒｏｎ  Ｋａｙｔｏｎ、Ｗａｌｔｅｒ  Ｒ．Ｆｒｉｅｄ「Ａｖｉｏｎｉｃｓ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．、１９９７年、４４９〜５０２ページ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ドップラーレーダなどの測定装置をこのように利用する場合、測定結果が信頼できるか否かを判定することが重要である。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ドップラーレーダなど高度や速度を測定する測定装置において、測定結果の信頼性を正しく判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明にかかる測定装置は、
電波を送信する送信部と、
上記送信部が送信した電波が対象に当たって反射した反射波を受信する受信部と、
上記受信部が受信した反射波の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部と、
上記反射波測定部が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部と、
上記受信部が受信した反射波の振幅を測定する振幅測定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部と、
上記振幅測定部が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部が判定した場合に、上記状態算出部が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
この発明にかかる測定装置によれば、反射波の振幅が所定の範囲外である場合に、信頼性が低いことを示す信号を信頼性出力部が出力するので、送信部が送信した電波が想定外の対象に当たって反射した反射波を観測した場合に、異常データとして除外することができ、測定結果の信頼性を正しく判定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
実施の形態１．
実施の形態１について、図１を用いて説明する。
【０００７】
図１は、この実施の形態における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
高度速度測定装置１００（測定装置）は、航空機などに搭載される装置である。高度速度測定装置１００は、地表４００（対象）に向けて電波（送信波５０１）を送信し、送信した電波が地表４００に当たって反射した反射波５０２を受信して、伝達時間や周波数偏移を測定することにより、高度速度測定装置１００が搭載された航空機などの高度や速度を測定する。
【０００８】
高度速度測定装置１００は、送信部１１１、アンテナ１１２、受信部１１３、反射波測定部１２０、状態算出部１３０、振幅測定部１４１、信頼性判定部１５０、姿勢情報入力部１７１、速度出力部１８１、距離出力部１８２を有する。
【０００９】
送信部１１１は、所定周波数（例えば、マイクロ波帯やミリ波帯など）のパルス変調された信号を生成する。なお、これは高度速度の測定方式がパルス方式の場合であり、異なる方式であってもよい。例えば、ＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式であれば、送信部１１１は、周波数変調された信号を生成する。また、スペクトラム拡散方式であれば、送信部１１１は、擬似乱数コードにより拡散変調された信号を生成する。
【００１０】
アンテナ１１２は、送信部１１１が生成した信号を入力し、入力した信号を所定の方向に送信波５０１として送信する。
アンテナ１１２は、例えば、アクティブアレイアンテナであり、任意の方向に所望のビームを形成して、電波を送信できる。あるいは、アンテナ１１２は、機械式アンテナであり、アンテナ１１２の向きを機械的に動かすことにより、所望の方向に電波を送信するものであってもよい。また、アンテナ１１２は、指向性の異なる複数のアンテナであり、アンテナを切り替えることにより、所望の方向に電波を送信するものであってもよい。
【００１１】
アンテナ１１２が送信した送信波５０１は、光速で伝播して、地表４００（対象）に到達する。送信波５０１は、地表４００に当たって反射して反射波５０２となる。反射波５０２は、アンテナ１１２と地表４００との相対速度によるドップラーシフトにより、周波数が偏移している。反射波５０２は、光速で伝播して、アンテナ１１２に到達する。アンテナ１１２は、反射波５０２を受信する。
なお、送信用アンテナと受信用アンテナとが異なっていてもよい。
【００１２】
受信部１１３は、アンテナ１１２が受信した反射波５０２を入力し、中間周波数に周波数変換する。受信部１１３は、周波数変換した信号の同相成分及び直交成分を検出し、アナログデジタル変換して、同相（Ｉ）信号及び直交（Ｑ）信号を生成する。受信部１１３は、生成した同相信号及び直交信号を出力する。
【００１３】
反射波測定部１２０は、受信部１１３が出力した同相信号及び直交信号に基づいて、反射波５０２の遅延時間（アンテナ１１２が送信波５０１を送信してから反射波５０２を受信するまでの時間）や周波数偏移（送信波５０１の周波数と反射波５０２の周波数との差）を測定する。
反射波測定部１２０は、フーリエ変換部１２１、ピーク周波数算出部１２２、パルス積算部１２４、ピーク検出部１２５、応答時間算出部１２６を有する。
【００１４】
フーリエ変換部１２１は、受信部１１３が出力した同相信号及び直交信号を入力する。フーリエ変換部１２１は、入力した同相信号及び直交信号をフーリエ交換（例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ））して、周波数成分（周波数領域における反射波５０２の強度）を算出する。フーリエ変換部１２１は、算出した周波数成分を表わす信号を出力する。
【００１５】
ピーク周波数算出部１２２は、フーリエ変換部１２１が出力した信号を入力する。ピーク周波数算出部１２２は、入力した信号に基づいて、周波数成分が最も強い周波数（ピーク周波数）を算出する。ピーク周波数算出部１２２は、算出したピーク周波数を表わす信号を出力する。
【００１６】
パルス積算部１２４は、受信部１１３が出力した同相信号及び直交信号を入力する。パルス積算部１２４は、入力した信号に基づいて、送信部１１１が送信した送信波５０１の所定数のパルスに対する反射波５０２の振幅を算出し、積算する。これにより、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）が向上する。パルス積算部１２４は、積算した反射波５０２の振幅を表わす信号を出力する。
【００１７】
ピーク検出部１２５は、パルス積算部１２４が出力した信号を入力する。ピーク検出部１２５は、入力した信号に基づいて、反射波５０２の振幅が最も大きい時刻（ピーク時刻）を算出する。ピーク検出部１２５は、算出したピーク時刻を表わす信号を出力する。
【００１８】
応答時間算出部１２６は、ピーク検出部１２５が出力した信号を入力する。応答時間算出部１２６は、入力した信号に基づいて、反射波５０２の遅延時間（ピークスラントレンジ応答時間）を算出する。応答時間算出部１２６は、算出した遅延時間を表わす信号を出力する。
【００１９】
姿勢情報入力部１７１は、姿勢情報を入力する。姿勢情報とは、例えば、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの機首方向（水平面内における角度（ヘディング）及び上下方向における角度（ピッチ））などを表わす情報であり、航空機などを基準にした座標系を、絶対座標系に変換するために必要な情報である。例えば、高度速度測定装置１００が搭載した加速度センサが測定した加速度や、あらかじめ方向がわかっている目標（例えば、星座など）をカメラが撮影した画像などの情報に基づいて、高度速度測定装置１００が搭載した他のシステムが姿勢情報を算出する。なお、姿勢情報は、高度速度測定装置１００が測定した高度や速度などの情報に基づいて算出したものであってもよい。姿勢情報入力部１７１は、入力した姿勢情報を表わす信号を出力する。
【００２０】
状態算出部１３０は、反射波測定部１２０が測定した遅延時間や周波数偏移に基づいて、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度や速度を算出する。
状態算出部１３０は、速度算出部１３１、距離算出部１３２を有する。
【００２１】
速度算出部１３１は、ピーク周波数算出部１２２が出力したピーク周波数を表わす信号を入力する。反射波５０２の周波数偏移はドップラーシフトによるものなので、送信波５０１及び反射波５０２の伝播方向（レンジ方向）におけるアンテナ１１２と地表４００（対象）との相対速度（対地速度）に比例する。
高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの３次元の速度ベクトルを求めるため、アンテナ１１２は、３以上の互いに独立した方向に送信波５０１を送信する。速度算出部１３１は、それぞれの方向におけるピーク周波数に基づいて、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの速度ベクトル（自機速度）を算出する（物理量変換処理）。
ここで、アンテナ１１２が送信波５０１を送信する方向は高度速度測定装置１００を搭載した航空機などを基準にした方向であるから、速度算出部１３１が算出した速度ベクトルも、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などを基準にした座標系で表わされたものである。
速度算出部１３１は、姿勢情報入力部１７１が出力した姿勢情報を表わす信号を入力する。速度算出部１３１は、入力した信号に基づいて、算出した速度ベクトルを座標系変換して、絶対座標系における速度ベクトルを算出する。
【００２２】
距離算出部１３２は、応答時間算出部１２６が出力した遅延時間を表わす信号を入力する。送信波５０１及び反射波５０２は光速で伝播するので、反射地点との距離は、遅延時間に比例する。
距離算出部１３２は、反射波５０２の遅延時間に基づいて、地表４００との距離を算出する。距離算出部１３２は、算出した地表４００との距離を表わす信号を出力する。
【００２３】
なお、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度（自機高度）を求める場合、アンテナ１１２は、真下方向に送信波５０１を送信する必要がある。
そのため、アンテナ１１２は、真下方向を含むと予想される比較的広い範囲のビームを形成し、送信波５０１を送信する。地表４００に起伏や傾斜がなく、平坦で水平であると仮定すると、アンテナ１１２から見て真下方向の地表４００は、アンテナ１１２から最も近い。したがって、真下方向の地表４００からの反射波５０２が最も早くアンテナ１１２に戻ってくる。また、距離が最も近いので、反射波５０２の振幅も一番大きい。これにより、真下方向が正確にわからなくても、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度を算出できる。
【００２４】
なお、姿勢情報入力部１７１が入力した姿勢情報に基づいて真下方向がどの方向であるかを判別し、判別した真下方向に向けてアンテナ１１２が送信波５０１を送信することにより、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度を算出してもよい。
【００２５】
このように、速度を求めたい場合と、距離を求めたい場合とでは、アンテナ１１２が送信する送信波５０１の送信パターン（送信方向やパルス周期など）が異なる。一般的に、速度の測定精度と距離の測定精度とは相反する傾向があるので、高度速度測定装置１００は、例えば、速度測定モードか距離（高度）測定モードかを表わす信号を外部から入力し、入力した信号に基づいて、アンテナ１１２が送信する送信波５０１の送信パターンを定めることとしてもよい。あるいは、速度測定モードと距離（高度）測定モードとを所定の周期で交互に繰り返すこととしてもよい。
【００２６】
振幅測定部１４１は、ピーク時刻における反射波５０２の振幅を測定する。
振幅測定部１４１は、パルス積算部１２４が出力した反射波５０２の振幅（時間領域における反射波５０２の強度）を表わす信号と、ピーク検出部１２５が出力したピーク時刻を表わす信号を入力する。振幅測定部１４１は、入力した信号に基づいて、ピーク時刻における反射波５０２の振幅を算出する。振幅測定部１４１は、算出した反射波５０２の振幅を表わす信号を出力する。
【００２７】
信頼性判定部１５０は、振幅測定部１４１が測定したピーク時刻における反射波５０２の振幅に基づいて、状態算出部１３０が算出した距離や速度などが信頼できるか否かを判定する。
信頼性判定部１５０（ターゲット情報識別部）は、振幅記憶部１５１、振幅判定部１５５（閾値判定部）、信頼性出力部１５６を有する。
【００２８】
振幅記憶部１５１は、振幅測定部１４１が出力した信号を入力する。振幅記憶部１５１は、入力した信号が表わす振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅を、一時的に記憶する。
【００２９】
振幅判定部１５５は、振幅測定部１４１が出力した信号を入力する。振幅判定部１５５は、入力した信号が表わす振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅と、振幅記憶部１５１が以前に記憶した反射波５０２の振幅とを比較する。
振幅判定部１５５は、振幅の差が、あらかじめ設定された許容範囲内であるか否かを判定し、判定結果を表わす信号を出力する。
【００３０】
信頼性出力部１５６は、振幅判定部１５５が出力した信号を入力する。入力した信号に基づいて、振幅の差が許容範囲内であると振幅判定部１５５が判定した場合には、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した距離や速度などの信頼性が高いことを表わす信号を外部に出力する。また、振幅の差が許容範囲外であると振幅判定部１５５が判定した場合には、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した距離や速度などの信頼性が低いことを表わす信号を外部に出力する。
【００３１】
速度出力部１８１は、速度算出部１３１が算出した速度ベクトルを表わす信号を外部に出力する。
距離出力部１８２は、距離算出部１３２が算出した距離を表わす信号を外部に出力する。
【００３２】
速度出力部１８１及び距離出力部１８２が出力した信号は、例えば、慣性航法システム（航法誘導制御部）が入力し、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの現在位置や高度などの推定に利用する。その際、信頼性出力部１５６が出力した信号に基づいて信頼性を判断した上で、慣性航法システムが入力した信号が表わす距離や速度を利用する。例えば、信頼性出力部１５６が出力した信号が信頼性の低いことを表わす場合、慣性航法システムは、そのタイミングで入力した信号が表わす距離や速度を使用しない。あるいは、信頼性が低い場合には、信頼性が高いデータよりも重み付けを軽くして利用することとしてもよい。
【００３３】
次に、この実施の形態における信頼性判定の原理について説明する。
反射波５０２の振幅は、反射地点との距離の４乗に反比例し、反射地点のレーダ断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎ）に比例する。したがって、反射波５０２の振幅が大きく変化した場合、反射地点との距離（スラント長）が大きく変化したか、反射地点のレーダ断面積（散乱特性）が大きく変化したかのいずれかである。
【００３４】
地表４００のレーダ断面積は、一定の地域内であれば概ね一定であると考えられる。また、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度に変化がなければ、アンテナ１１２と地表４００の反射地点との距離も、概ね変化しないと考えられる。
したがって、反射波５０２の振幅が大きく変化した場合、送信波５０１のビーム内に予期せぬ対象が進入し、その対象に反射した反射波５０２を観測したなどの理由ことにより、反射地点との距離あるいは反射地点のレーダ断面積が変化したものである可能性が高い。
その場合、その反射波５０２を測定して算出した距離や速度は、異常データである可能性が高く、信頼性が低い。
【００３５】
この実施の形態における高度速度測定装置１００は、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅を、以前に測定して記憶しておいた反射波５０２の振幅と比較し、振幅の差が所定の範囲外である場合に、状態算出部１３０が算出した距離や速度などの信頼性が低いと判定するので、上述のような場合に、異常データを正しく判別し、システム全体としての信頼性を向上することができる。
【００３６】
速度の測定精度を重視する速度測定モードでは、距離算出部１３２が算出する反射地点までの距離の精度が低くなる場合がある。この実施の形態における高度速度測定装置１００は、距離算出部１３２が算出した距離を使用せず、反射波５０２の振幅の変化に基づいて、反射地点との距離または反射地点のレーダ断面積が変化したことを検出するので、距離算出部１３２が算出した距離の精度が低い場合でも、正しく信頼性を判定することができる。
【００３７】
次に、振幅判定部１５５が比較する反射波５０２の振幅について説明する。
振幅判定部１５５は、アンテナ１１２が以前に受信した反射波５０２について振幅測定部１４１が測定し、振幅記憶部１５１が記憶した反射波５０２の振幅を基準として、アンテナ１１２が直前に受信した反射波５０２について振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅と比較する。
【００３８】
例えば、高度や速度の測定開始前に、基準振幅を測定するための送信波５０１をアンテナ１１２が送信し（参照値測定モード）、その反射波５０２を測定して振幅測定部１４１が出力した振幅を、基準振幅として振幅記憶部１５１が記憶しておく。
その後、高度や速度を測定するための送信波５０１をアンテナ１１２が送信し（高度・速度算出モード）、その反射波５０２を測定して振幅測定部１４１が出力した振幅と、振幅記憶部１５１が記憶した基準振幅とを、振幅判定部１５５が比較する。
【００３９】
あるいは、高度や速度を測定するための送信波５０１をアンテナ１１２が送信し、その反射波５０２を測定して振幅測定部１４１が出力した振幅を振幅記憶部１５１が複数記憶しておき、振幅判定部１５５は、その平均値を算出して基準振幅とする。
その後、高度や速度を測定するための送信波５０１をアンテナ１１２が送信し、その反射波５０２を測定して振幅測定部１４１が出力した振幅と、振幅判定部１５５が算出した基準振幅とを、振幅判定部１５５が比較する。
【００４０】
または、高度や速度の測定と、基準振幅の測定とを交互に行い、直近に測定した基準振幅、あるいは、複数回の基準振幅の平均値を基準として、振幅判定部１５５が比較してもよい。
【００４１】
この実施の形態における高度速度測定装置１００（測定装置）は、
電波（送信波５０１）を送信する送信部１１１と、
上記送信部１１１が送信した電波（送信波５０１）が対象（地表４００）に当たって反射した反射波５０２を受信する受信部１１３と、
上記受信部１１３が受信した反射波５０２の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定する反射波測定部１２０と、
上記反射波測定部１２０が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象（地表４００）との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出する状態算出部１３０と、
上記受信部１１３が受信した反射波５０２の振幅を測定する振幅測定部１４１と、
上記振幅測定部１４１が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定する振幅判定部１５５と、
上記振幅測定部１４１が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部１５５が判定した場合に、上記状態算出部１３０が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力する信頼性出力部１５６とを有することを特徴とする。
【００４２】
この実施の形態における高度速度測定装置１００によれば、反射波５０２の振幅が所定の範囲外である場合に、信頼性が低いことを示す信号を信頼性出力部１５６が出力するので、送信波５０１が地表４００以外の想定外の対象に当たって反射した反射波５０２を観測した場合に、異常データとして除外することができ、測定した距離や速度の信頼性を高くすることができるという効果を奏する。
【００４３】
なお、この例において、信頼性出力部１５６は、信頼性が高いか低いかの二値データを出力しているが、信頼性出力部１５６は、反射波５０２の振幅が所定の範囲外である場合に、所定の範囲から外れている程度に基づいて、連続的に変化する信頼性を表わす信号を出力してもよい。
【００４４】
この実施の形態における高度速度測定装置１００（測定装置）は、更に、
上記振幅測定部１４１が測定した振幅を記憶する振幅記憶部１５１を有し、
上記振幅判定部１５５は、上記振幅測定部１４１が測定した振幅と、上記振幅記憶部１５１が以前に記憶した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする。
【００４５】
この実施の形態における高度速度測定装置１００によれば、振幅判定部１５５が反射波５０２の振幅を判定する基準として、以前に振幅測定部１４１が測定した振幅を使用するので、反射地点との距離や反射地点のレーダ断面積が不明であっても、異常データか否かを判定することができるという効果を奏する。
【００４６】
以上説明した高度速度測定装置１００（測定装置）が高度や速度などの物理量を測定する測定方法は、
送信部１１１が、電波（送信波５０１）を送信し、
受信部１１３が、上記送信部１１１が送信した電波（送信波５０１）が対象（地表４００）に当たって反射した反射波５０２を受信し、
反射波測定部１２０が、上記受信部１１３が受信した反射波５０２の遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかを測定し、
状態算出部１３０が、上記反射波測定部１２０が測定した遅延時間及び周波数偏移の少なくともいずれかに基づいて、上記対象（地表４００）との距離及び相対速度の少なくともいずれかを算出し、
振幅測定部１４１が、上記受信部１１３が受信した反射波の振幅を測定し、
振幅判定部１５５が、上記振幅測定部１４１が測定した振幅が所定の範囲内であるか否かを判定し、
信頼性出力部１５６が、上記振幅測定部１４１が測定した振幅が所定の範囲内でないと、上記振幅判定部１５５が判定した場合に、上記状態算出部１３０が算出した上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示し信号を出力するものである。
【００４７】
以上説明した高度速度測定装置１００（測定装置）の各機能ブロックは、ハードウェアを用いて構成してもよいし、ソフトウェアを用いて構成してもよい。すなわち、上記各機能ブロックを実現するプログラムを、コンピュータが実行することにより構成してもよい。コンピュータは、情報を処理する処理装置（ＣＰＵなど）、情報を記憶する記憶装置（メモリ、ハードディスク装置など）、情報を入力する入力装置（操作ボタン、キーボードなど）、情報を出力する出力装置（表示装置、スピーカなど）などの構成を備えるものであればよく、記憶装置が記憶したプログラムを処理装置が実行することにより、コンピュータを高度速度測定装置１００として機能させることができる。
以下説明する各実施の形態においても同様である。
【００４８】
実施の形態２．
実施の形態２について、図２を用いて説明する。
【００４９】
図２は、この実施の形態における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
なお、実施の形態１で説明した高度速度測定装置１００と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００５０】
信頼性判定部１５０（ターゲット情報識別部）は、断面積算出部１５２、断面積記憶部１５３、振幅予測部１５４（閾値算出部）、振幅判定部１５５（閾値判定部）、信頼性出力部１５６を有する。
【００５１】
断面積算出部１５２は、振幅測定部１４１が出力した反射波５０２の振幅を表わす信号を入力する。また、断面積算出部１５２は、距離算出部１３２が出力した地表４００（対象）との距離を表わす信号を入力する。断面積算出部１５２は、入力した信号に基づいて、地表４００のレーダ断面積を算出する。実施の形態１で述べたように、反射波５０２の振幅は、反射地点との距離の４乗に反比例し、反射地点のレーダ断面積に比例するので、断面積算出部１５２は、例えば、σ＝ｋ・Ｐ・ｒ４（σは、レーダ断面積。ｋは、比例定数。Ｐは、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅。ｒは、距離算出部１３２が算出した反射地点との距離。）を計算することにより、レーダ断面積を求める。断面積算出部１５２は、算出したレーダ断面積を表わす信号を出力する。
【００５２】
断面積記憶部１５３は、断面積算出部１５２が出力した信号を入力する。断面積記憶部１５３は、入力した信号が表わすレーダ断面積を記憶する。
なお、断面積記憶部１５３（ＲＣＳテーブル部）は、予想される地表４００のレーダ断面積をあらかじめＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置を用いて記憶しておいてもよい。その場合、断面積算出部１５２はなくてもよい。
【００５３】
振幅予測部１５４は、断面積記憶部１５３が以前に記憶したレーダ断面積を入力する。また、振幅予測部１５４は、距離算出部１３２が出力した地表４００との距離を表わす信号を入力する。振幅予測部１５４は、入力した信号に基づいて、予想される反射波５０２の振幅を算出する。振幅予測部１５４は、例えば、Ｐ’＝σ’／（ｋ・ｒ４）（Ｐ’は、予想される反射波５０２の振幅。σ’は、断面積記憶部１５３が記憶したレーダ断面積。ｋは、比例定数。ｒは、距離算出部１３２が算出した反射地点との距離。）を計算することにより、予想される反射波５０２の振幅を求める。振幅予測部１５４は、算出した予想される反射波５０２の振幅を表わす信号を出力する。
【００５４】
振幅判定部１５５は、振幅測定部１４１が出力した反射波５０２の振幅を表わす信号を入力する。また、振幅判定部１５５は、振幅予測部１５４が出力した予想される反射波５０２の振幅を表わす信号を入力する。振幅判定部１５５は、入力した信号が表わす２つの振幅を比較して、振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定する。
ここで、振幅の差の許容範囲は、あらかじめ定めた一定の範囲であってもよいし、アンテナ１１２が送信する送信波５０１の送信パターンから予想される距離の測定精度に基づいて、測定精度が高い場合は許容範囲を狭く、測定精度が低い場合は許容範囲を広くするいうように、変化させることとしてもよい。その場合、振幅予測部１５４が許容範囲の上限及び下限を算出することとしてもよいし、振幅判定部１５５が許容範囲を算出して判定することとしてもよい。
【００５５】
上述したように、反射波５０２の振幅は、反射地点との距離の４乗に反比例する。実施の形態１では、反射地点との距離が概ね一定であることを前提として、反射波５０２の振幅をそのまま比較したが、反射地点との距離が変化する場合には、それに伴って反射波５０２の振幅が大きく変化するので、反射波５０２の振幅をそのまま比較したのでは、正しく判定できない可能性がある。
この実施の形態では、距離算出部１３２が算出した反射地点との距離を用いて、断面積算出部１５２が、反射波５０２の振幅を反射地点のレーダ断面積に換算する。換算したレーダ断面積を断面積記憶部１５３が記憶しておき、その後の観測時に、距離算出部１３２が算出した反射地点との距離を用いて、記憶しておいたレーダ断面積から予想される反射波５０２の振幅を算出して、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅と比較する。したがって、反射地点との距離の要素は相殺され、反射地点のレーダ断面積の変化を検出できる。
【００５６】
また、上述したように、振幅予測部１５４が反射波５０２の振幅を予測するのに用いるレーダ断面積は、実際の観測データに基づいて断面積算出部１５２が算出したものでなく、断面積記憶部１５３があらかじめ記憶しておいたものを用いてもよい。例えば、断面積記憶部１５３は、市街地、森林、水田など、代表的な対象についてのレーダ断面積をあらかじめ記憶しておき、例えば、カメラが撮影した画像に基づいて地表の種類を判別して、判別した種別に対応するレーダ断面積を選択して使用することとしてもよい。
【００５７】
このようにして、反射地点のレーダ断面積の変化を検出し、レーダ断面積が想定される範囲外となった場合には、地表４００以外の対象に反射した反射波５０２を観測したものとして、その反射波５０２に基づいて算出した距離や速度などの信頼性が低いと判定する。したがって、異常データを正しく判別することができる。
【００５８】
この実施の形態における高度速度測定装置１００（測定装置）は、更に、
上記振幅測定部１４１が測定した振幅に基づいて、上記対象（地表４００）のレーダ断面積を算出する断面積算出部１５２と、
上記断面積算出部１５２が算出したレーダ断面積を記憶する断面積記憶部１５３と、
上記断面積記憶部１５３が以前に記憶したレーダ断面積に基づいて、上記反射波５０２の振幅を予測する振幅予測部１５４とを有し、
上記振幅判定部１５５は、上記振幅測定部１４１が測定した振幅と、上記振幅予測部１５４が予測した振幅とを比較し、上記振幅の差が所定の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする。
【００５９】
この実施の形態における高度速度測定装置１００によれば、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅から断面積算出部１５２が反射地点のレーダ断面積を算出し、算出したレーダ断面積から振幅予測部１５４が予測した反射波５０２の振幅と、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅とを比較するので、反射地点との距離が変化する場合であっても、レーダ断面積の変化を検出することができ、異常データであるか否かを正しく判定できるという効果を奏する。
【００６０】
なお、信頼性判定部１５０は、更に、実施の形態１で説明した振幅記憶部１５１を備え、状況に応じて、振幅記憶部１５１が記憶した反射波５０２の振幅と、振幅予測部１５４が予測した反射波５０２の振幅とのうちからいずれかを、振幅判定部１５５が選択し、振幅測定部１４１が測定した反射波５０２の振幅と比較することとしてもよい。例えば、距離算出部１３２が算出した反射地点との距離の測定精度が低い状況では、振幅記憶部１５１が記憶した反射波５０２の振幅を比較の基準とし、距離の測定精度が高い状況では、振幅予測部１５４が予測した反射波５０２の振幅を比較の基準とすることとしてもよい。あるいは、速度算出部１３１が算出した速度から、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などが水平飛行しているか否かを判定し、水平飛行の場合には地表４００との距離の変化が小さいので、振幅記憶部１５１が記憶した反射波５０２の振幅を比較の基準とし、水平飛行でない場合には地表４００との距離の変化が大きいので、振幅予測部１５４が予測した反射波５０２の振幅を比較の基準とすることとしてもよい。
【００６１】
実施の形態３．
実施の形態３について、図３を用いて説明する。
【００６２】
図３は、この実施の形態における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
なお、実施の形態１及び実施の形態２で説明した高度速度測定装置１００と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００６３】
信頼性判定部１５０（スラント長情報識別部、周辺地形傾斜判定部）は、更に、距離予測部１６１（期待スラント長算出部）、距離判定部１６２（スラント長判定部）を有する。
【００６４】
距離予測部１６１は、姿勢情報入力部１７１が出力した姿勢情報を表わす信号を入力する。距離予測部１６１は、入力した信号に基づいて、反射波５０２の反射地点との距離を予測する。距離予測部１６１は、アンテナ１１２が送信波５０１を送信した方向（高度速度測定装置１００を搭載した航空機などを基準とした座標系）を、姿勢情報が表わす高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの機首方向（自機傾き）とに基づいて、座標系変換し、アンテナ１１２が送信波５０１を送信した方向（絶対座標系）を求める。距離予測部１６１は、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度（自機高度）などに基づいて、その方向の地表４００までの距離を予測する。例えば、地表４００に起伏も傾斜もなく、平坦で水平であるとの仮定に基づいて、距離予測部１６１は、ｒ＝ｈ／ｃｏｓθ（ｒは、反射地点との距離。ｈは、高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの高度。θは、アンテナ１１２が送信波５０１を送信した方向が、鉛直方向との間になす角。）を計算することにより、アンテナ１１２が送信波５０１を送信した方向における地表４００までの距離を予測する。距離予測部１６１は、予測した反射地点との距離を表わす信号を出力する。
【００６５】
距離判定部１６２は、距離算出部１３２が出力した地表４００との距離を表わす信号を入力する。また、距離判定部１６２は、距離予測部１６１が出力した予測した反射地点との距離を表わす信号を入力する。距離判定部１６２は、入力した信号に基づいて、２つの距離を比較し、距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する。
【００６６】
信頼性出力部１５６は、振幅判定部１５５の判定結果と、距離判定部１６２の判定結果とに基づいて、状態算出部１３０が算出した距離や速度の信頼性を表わす信号を外部に出力する。
【００６７】
図４は、この実施の形態における信頼性出力部１５６が出力する信頼性を表わす信号の一例を示す図である。
【００６８】
反射波５０２の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲内である場合、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した高度及び速度がともに信頼性が高いことを表わす信号を出力する。
【００６９】
反射波５０２の振幅が予測した範囲内であるが、反射地点との距離が予測した範囲から外れている場合、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した高度は信頼性が低く、速度は信頼性が高いことを表わす信号を出力する。反射地点のレーダ断面積は想定通りなので、地表４００に反射した反射波５０２を検出したものと考えられるが、反射地点との距離が想定と異なるので、地表４００に起伏や傾斜があるものと考えられる。地表４００が平坦で水平であることを仮定して高度の測定をしている場合には、仮定に反して地表４００に起伏や傾斜があるため、測定した高度の信頼性が低くなるからである。
【００７０】
反射波５０２の振幅が予測した範囲から外れているが、反射地点との距離が予測した範囲ないである場合、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した高度は信頼性が高く、速度は信頼性が低いことを表わす信号を出力する。反射地点との距離が想定通りなので、地表４００が平坦で水平であるという仮定は正しいと考えられるが、反射地点のレーダ断面積が想定と異なるので、例えば、地上を移動している対象に反射した反射波５０２を観測した可能性があり、その周波数偏移に基づいて算出した速度の信頼性が低くなるからである。
【００７１】
反射波５０２の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲外である場合、信頼性出力部１５６は、状態算出部１３０が算出した高度及び速度がともに信頼性が低いことを表わす信号を出力する。
【００７２】
このように、振幅判定部１５５の判定結果と距離判定部１６２の判定結果を組み合わせることにより、地表４００（ターゲット）の形状（地形構造）と、ターゲットの種類とを判別することができる。
【００７３】
なお、ここに示した信頼性の判定基準は一例である。例えば、地表４００が平坦かつ水平であることを仮定しない測定方式であれば、反射地点との距離が想定と異なるからといって測定結果の信頼性が低くなることにはならない。
【００７４】
また、信頼性出力部１５６が振幅判定部１５５及び距離判定部１６２の判定結果を解釈して、信頼性を判断するのではなく、振幅判定部１５５及び距離判定部１６２の判定結果をそのまま出力して、判断を外部のシステムに任せることとしてもよい。例えば、反射波５０２の振幅及び反射地点との距離がともに予測した範囲から外れている場合、想定外の対象が存在するので、慣性航法システム（航法誘導制御部）が高度速度測定装置１００を搭載した航空機などの進路を変更して回避するなどの対応をしてもよい。
【００７５】
この実施の形態における高度速度測定装置１００（測定装置）は、更に、
上記対象（地表４００）との距離を予測する距離予測部１６１と、
上記状態算出部１３０（距離算出部１３２）が算出した距離と、上記距離予測部１６１が予測した距離とを比較し、上記距離の差が所定の範囲内であるか否かを判定する距離判定部１６２とを有し、
上記信頼性出力部１５６は、更に、上記距離の差が所定の範囲内でないと、上記距離判定部１６２が判定した場合に、上記距離及び相対速度の少なくともいずれかについて信頼性が低いことを示す信号を出力することを特徴とする。
【００７６】
この実施の形態における高度速度測定装置１００によれば、反射地点との距離が想定した範囲外である場合に、信頼性出力部１５６が信頼性が低いことを表わす信号を出力するので、地表４００の形状などに大きく依存する測定方式を用いた場合に、測定結果の信頼性を正しく判定することができるという効果を奏する。
【００７７】
なお、この例において、振幅予測部１５４は、距離算出部１３２が算出した距離に基づいて、レーダ断面積から反射波５０２の振幅を予測しているが、距離予測部１６１が予測した距離に基づいて反射波５０２の振幅を予測してもよい。あるいは、状況に応じて、距離算出部１３２が算出した距離と、距離予測部１６１が予測した距離とのうちからいずれかを、振幅予測部１５４が選択して使用してもよい。例えば、距離の測定精度が低い場合には、距離予測部１６１が予測した距離に基づいて反射波５０２の振幅を予測し、距離の測定精度が高い場合には、距離算出部１３２が算出した距離に基づいて反射波５０２の振幅を予測してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】実施の形態１における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図。
【図２】実施の形態２における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図。
【図３】実施の形態３における高度速度測定装置１００の全体構成の一例を示すブロック構成図。
【図４】実施の形態３における信頼性出力部１５６が出力する信頼性を表わす信号の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１００  高度速度測定装置、１１１  送信部、１１２  アンテナ、１１３  受信部、１２０  反射波測定部、１２１  フーリエ変換部、１２２  ピーク周波数算出部、１２４  パルス積算部、１２５  ピーク検出部、１２６  応答時間算出部、１３０  状態算出部、１３１  速度算出部、１３２  距離算出部、１４１  振幅測定部、１５０  信頼性判定部、１５１  振幅記憶部、１５２  断面積算出部、１５３  断面積記憶部、１５４  振幅予測部、１５５  振幅判定部、１５６  信頼性出力部、１６１  距離予測部、１６２  距離判定部、１７１  姿勢情報入力部、１８１  速度出力部、１８２  距離出力部、４００  地表、５０１  送信波、５０２  反射波。
【図１】
2008304329.tif 000003
【図２】
2008304329.tif 000004
【図３】
2008304329.tif 000005
【図４】
2008304329.tif 000006