(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元座標上の任意の位置に置いた視点から、所定範囲内の全ての仰角、方位方向について、第１の半透明色のパーティクルを直線的に空間に拡散させ、所定の生存距離に到達したパーティクルを消滅させる拡散処理と、
上記拡散処理の過程で上記パーティクルと上記生存距離内での障害物との衝突を検出したら、上記パーティクルの色を第２の半透明色に変更する衝突判定処理と、
上記拡散処理により拡散したパーティクルを画面に表示する表示処理と、
を備え、
上記拡散処理は、視点から、特定の仰角、方位方向について、所定の生存距離に到達するまで直線的に空間に拡散したパーティクルが第１の半透明色である場合、パーティクルの粒度を大きくするとともにパーティクルの拡散する所定間隔を拡げ、
同一の視点から、別の特定の仰角、方位方向について、所定の生存距離に到達するまで直線的に空間に拡散したパーティクルが第２の半透明色である場合、パーティクルの粒度を小さくするとともにパーティクルの拡散する所定間隔を狭める、
見通し領域表示装置。
【請求項２】
ある視点からの見通し領域を描画し、当該描画しが見通し領域のパーティクルを記録する記録処理を行い、
上記ある視点を所定の航跡に沿って移動させるとともに上記記録処理を順次実施し、
記録処理の度にパーティクルをマージする、
請求項１記載の見通し領域表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、任意の視点から見通せる見通し領域と見通し外領域を区別して表示する見通し領域表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置を陸上に配置して目標検出する時、地形の隆起や構造物によって、レーダ覆域内に複雑な形状の死角が生じる。従来、レーダ覆域内の見通し領域をオペレータに表示する見通し領域表示装置として、レーダ覆域表示装置が用いられていた。従来のレーダ覆域表示装置は、レーダ装置のレーダ覆域内における死角を２次元地図で把握するために用いられていた。図６は従来のレーダ覆域表示装置による表示例を示す図である。図６に示すように、従来のレーダ覆域表示装置は、各々のレーダ装置１３のレーダ覆域内で目標に対しレーダ波の照射が可能な見通し領域を、いくつかの高度で分割して、レーダ範囲１４として２次元画面の地図上に描画している。オペレータは、２次元画面に表示されたレーダ範囲１４に基づいて、レーダ波を照射できない死角１５を認識し、頭の中で３次元イメージの死角範囲となる見通し外領域に構成し直して、その見通し外領域を補うように補助レーダ装置１６の配置位置を決めていた。このためオペレータによる見通し外領域の認識が大雑把になり、またオペレータが補助レーダ１６を最適な位置に再配置する作業を、リアルタイムに行うことが困難であった。
【０００３】
例えば特許文献１は、防空エリアを小領域に分割し、レーダ覆域の覆域面積の大きさを色分けして表示することで、レーダ覆域の適合性を評価するシミュレーションシステムを開示している。しかしながらこのシステムは、レーダ覆域内の見通し外領域を直観的に認識することが難しく、補助レーダの再配置をリアルタイムに行うことに適したものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８１７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーダ覆域表示装置は、高度をいくつかの区画に分割して、地形の隆起や構造物によって遮られる見通し外領域をあらかじめ計算し、高度区画ごとに２次元地図上に見通し外領域を投影して表示していた。したがって、表示上、一度にレーダ覆域を把握できるのは、指定した高度区画の範囲のみであり、オペレータがレーダ覆域の見通し外領域を空間にイメージして把握するのは容易なことではないという課題があった。
【０００６】
また、レーダ覆域の見通し外領域を見つけることができれば、追加の補助レーダ装置を配置することで、レーダ覆域の見通し外領域を解消することができる。従来のレーダ覆域表示装置は、追加のレーダ装置を移動させながら、オペレータがレーダ覆域の見通し外領域を解消する最適な配置を行う作業を、リアルタイムに行うことができないという課題もあった。
【０００７】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであって、オペレータによる見通し外領域の空間認識を援助し、見通し外領域を解消するための補助レーダ装置の配置作業をより容易なものとする、見通し領域表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による見通し領域表示装置は、３次元座標上の任意の位置に置いた視点から、所定範囲内の全ての仰角、方位方向について、第１の半透明色のパーティクルを直線的に空間に拡散させ、所定の生存距離に到達したパーティクルを消滅させる拡散処理と、上記拡散処理の過程で上記パーティクルと障害物との衝突を検出したら、上記パーティクルの色を第２の半透明色に変更する衝突判定処理と、上記拡散処理により拡散したパーティクルを画面に表示する表示処理と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、レーダ装置から見たレーダ覆域内の見通し外領域を、空間的に容易に把握することができる。また、補助レーダ装置の位置の移動に連動して、レーダ装置のレーダ覆域内の見通し領域と見通し外領域が３次元表示されるので、レーダ覆域の見通し外領域を縮小するように補助レーダ装置を移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による見通し領域表示装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。
【図３】実施の形態１の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。
【図４】実施の形態２の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。
【図５】実施の形態３の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域の表示例を示す図である。
【図６】従来の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による見通し領域表示装置の構成を説明する図であり、（ａ）は見通し領域表示装置の構成、（ｂ）は見通し領域表示装置の処理の流れを示す図である。図１（ａ）において、見通し領域表示装置１００は、入力部１０５と計算機１０６と画面表示部１０７から構成される。見通し領域表示装置１００の計算機１０６は、入力部１０５を介して、レーダ装置１０１の位置およびレーダのビーム方向、ビームの視野角と、補助レーダ装置１０２の位置またはレーダのビーム方向、ビームの視野角と、３次元（３Ｄ）地形図が入力される。計算機１０６は、この入力された情報に基づいて、レーダ装置１０１の見通し領域と見通し外領域を区別して表示するパーティクルを生成し、生成したパーティクルを画面表示部１０７に画面表示する。
【００１２】
図１（ｂ）において、見通し領域表示装置１００は、レーダ装置１０１の配置入力処理Ｓ１１にて、外部装置またはオペレータの入力操作により、入力部１０５を介してレーダ装置１０１の位置および向きの情報が入力される。また、補助レーダ装置１０２の配置入力処理Ｓ１３にて、外部装置またはオペレータの入力操作により、入力部１０５を介して補助レーダ装置１０２の位置および向きの情報が入力される。また、３Ｄ地形図の入力処理Ｓ１７にて、入力部１０５を介して３Ｄ地形図が入力される。
【００１３】
パーティクルの視点設定処理Ｓ１２は、入力されたレーダ装置１０１の位置またはレーダのビーム方向、ビームの視野角の情報と、入力された補助レーダ装置１０２の位置およびレーダのビーム方向、ビームの視野角の情報に基づいて、レーダ装置１０１および補助レーダ装置１０２にそれぞれ対応したパーティクルの視点および拡散方向を設定する。
【００１４】
パーティクルの拡散処理Ｓ１４は、レーダ装置１０１または補助レーダ装置１０２にそれぞれ対応した視点から、レーダのビーム方向、ビームの視野角内の生存範囲内で、パーティクルをランダムに選んだ仰角、方位方向に所定間隔で空間内に拡散させ、パーティクルの個体数を増やす処理を行う。このとき、レーダ装置１０１および補助レーダ装置１０２のそれぞれの見通し領域内にあるパーティクルは第１の半透明色であり、後述する見通し外領域にある第２の半透明色のパーティクルの色とは、異なる色を用いる。
また、パーティクルを拡散する所定間隔は、パーティクルの粒度径に応じて異なる長さとする。例えば、パーティクルの最少間隔は、パーティクルの粒度径の間隔とする。また、パーティクルの粒度径に一定の間隙を加えた間隔とする。
また、視点からランダムに選んだある仰角、方位方向の生存範囲内でパーティクルを拡散させた後、レーダ装置１０１または補助レーダ装置１０２のビームの視野角内の全ての仰角、方位方向を選択するまで、繰り返し仰角、方位方向を選んで、パーティクルを拡散する。
【００１５】
パーティクルの拡散処理Ｓ１４において、パーティクルを空間に所定間隔で拡散する度に、衝突判定処理Ｓ１５を行う。衝突判定処理Ｓ１５では、パーティクルがその視点から任意の直線上を拡散する過程で障害物に突き当たり、それ以降の当該直線上の点は見通し外領域となる。また、レーダ装置１０１の視点から拡散したパーティクルと、補助レーダ装置１０２の視点から拡散したパーティクルが重なる場合、その重なる位置を集めた領域は見通し領域内となる。
なお、障害物は、３Ｄ地形図の入力処理Ｓ１７にて入力される３Ｄ地形図に基づいて、その位置および形状の幾何学的情報が予め生成されている。
【００１６】
また、衝突判定処理Ｓ１５において、見通し外領域と判定された場合は、パーティクルの色を見通し領域内と異なる色とする。また、パーティクルの色を半透明とすることで、見通し領域および見通し外領域の形状を、オペレータが認識し易くする。
【００１７】
衝突判定処理Ｓ１５の後、再び拡散処理Ｓ１４に戻り、拡散処理を継続する。
また、パーティクルが所定の生存距離に到達すると、拡散処理Ｓ１４を終了し、パーティクルの表示処理Ｓ１６に移行する。表示処理Ｓ１６では、拡散した各パーティクルを画面に表示する表示処理を行う。
【００１８】
次に、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を説明する。図２は、実施の形態１の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。
図２において、まず、パーティクルの位置を座標で表現する３次元座標系を用いて、障害物を含む３Ｄ地形図を構成する各構成点の座標に基づき、表示部１０７にて各構成点の画面表示を行う。
次に、パーティクルの視点設定処理Ｓ１２にて、３次元座標系のある位置１に仮想的にレーダ装置１０１を配置し、その位置１に視点を置く。
【００１９】
ここで、位置１に置いた視点から３６０°全周を見渡したとき、手前に障害物２があると、その先を見通すことはできない。この見える範囲を見通し領域３とし、見えない領域を見通し外領域４とする。
【００２０】
続いて、位置１から、第１の半透明色である例えば青色の半透明のパーティクル５を生成し、レーダ装置１０１または補助レーダ装置１０２のビーム方向、ビームの視野角内でランダムに仰角、方位を決定して、その仰角、方位方向の空間に生成したパーティクルを拡散させる。生成したパーティクルは識別番号を割り当てて個別管理する。
【００２１】
パーティクル５は、位置１から等速直線運動するものとする。パーティクル５は、等速直線運動の軌跡上の各点にパーティクルを残しながら個体数を増やし、移動していく。このとき、衝突判定処理Ｓ１５にて、位置１の視点から等速直線運動しているパーティクル５の位置座標と、予め設定された３Ｄ地形図の位置座標とを比較し、パーティクル５が山、建物等の障害物２の形状に干渉しているか否かを示す衝突検出を行う。パーティクル５が障害物２に干渉するとき、パーティクルの色を、例えば第２の半透明色である赤色の半透明に変更してパーティクル６とし、そのままパーティクル６の直線運動を持続する。ただし、パーティクル５またはパーティクル６が生存距離７に到達すると、それ以降の直線上のパーティクルを消滅させる。
【００２２】
一度、衝突検出をしたら、パーティクル６の色を半透明の赤色から変更しない。パーティクル５と障害物２との衝突検出の処理アルゴリズムは、例えばDistance Field衝突判定処理等の既存の方法を利用する。
【００２３】
パーティクルの描画計算は、計算機１０６にＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の並列演算器を利用することで、高速計算が可能である。すなわち、位置１から、任意の仰角、方位方向にパーティクル５，６が瞬時に拡散するので、画面表示部１０７を見るオペレータは、複数個のパーティクル５によって画面内に形成される見通し領域の形状と、複数個のパーティクル６によって画面内に形成される見通し外領域の形状を、同時に認知することができるようになる。
【００２４】
例えば図２において、位置１から、レーダ装置１０１または補助レーダ装置１０２のビーム方向、ビームの視野角内で、任意の仰角、方位方向にパーティクルを拡散させることで、見通し領域は半透明の青色の領域となり、見通し外領域は半透明の赤色の領域となることで、見通し領域と見通し外領域を空間的に塗り分けることができる。
【００２５】
また、パーティクルの位置計算は３次元位置座標を求めて行われるので、３次元座標系の座標軸の方向を変えて、俯瞰を変更することにより、任意の角度で見通し外領域の状況を詳細に確認することができる。
【００２６】
また、レーダ装置１０１または補助レーダ装置１０２の位置１を移動した場合、レーダ装置１０１の配置入力処理Ｓ１１、補助レーダ装置１０２の配置入力処理Ｓ１３、３Ｄ地形図の入力処理Ｓ１７を継続的に実施することにより、パーティクルの計算がリアルタイムで行われる。このため、周辺の山、谷等の起伏状況によって、見通し外領域４の形体がどのようになっていくかを即時に確認することが可能である。
【００２７】
また、パーティクルの色を半透明としているので、見通し外領域の赤色の領域４が、青色のドームの中にあるのを直ちに確認することができる。この半透明のパーティクルは光が通ることで色が加算されていくため、厚みがあるほど色味が濃くなっていく。ちょうど半透明なゼリーを見ているかのような表現で画面に表示される。
【００２８】
次に、レーダ装置１０１の見通し外領域に、見通し領域が重なるように補助レーダ装置１０２を配置した場合の表示例について説明する。図３は、実施の形態１の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。図３において、位置１ｂから見える領域は、画面上において図２と同様に表示するようにする。
【００２９】
計算機１０６は、パーティクルの表示処理Ｓ１６にて、位置１を視点として拡散したパーティクルが位置１ｂを視点として拡散したパーティクルと衝突したときに、どちらかのパーティクルの色が青色であれば、両方のパーティクルの色を青色に変更する処理を行う。すなわち、２つの視点から拡散したパーティクルの位置が概ね重なる場合、「赤色のパーティクルを視認性の低いより透明度の高い色に変更し、青色のパーティクルを残す処理を行う。
【００３０】
このようにすることで、例えばレーダ装置１０１の配置される位置１からは見通し外領域になっていたとしても、補助レーダ装置１０２の配置される位置１ｂからは見通し領域になっているのであれば、双方のレーダ覆域を統合して見通し領域として扱うことができる。つまり、任意の位置からの見通し外領域４ｂがあるかどうかを赤色の領域があるかどうかを確認することで、容易に把握することができるようになる。
【００３１】
また、視点の位置１をレーダ装置１０１の設置位置に置き換え、パーティクル生存距離７をレーダ装置で目標を捕捉可能な最大距離（レーダ捕捉最大距離）に設定すれば、レーダ覆域表示装置とすることができる。
【００３２】
実施の形態１による見通し領域表示装置は、３次元座標上の任意の位置に置いた視点から、所定範囲内の全ての仰角、方位方向について、第１の半透明色のパーティクルを直線的に空間に拡散させ、所定の生存距離に到達したパーティクルを消滅させる拡散処理と、拡散処理の過程でパーティクルと障害物との衝突を検出したら、パーティクルの色を第２の半透明色に変更する衝突判定処理と、拡散処理により拡散したパーティクルを画面に表示する表示処理と、を備えたものである。
【００３３】
また、３次元座標上の任意の位置に置いた第１の視点から、所定範囲内の全ての仰角、方位方向について、第１の半透明色のパーティクルを所定間隔で直線的に空間に拡散させ、所定の生存距離に到達したパーティクルを消滅させる第１の拡散処理と、３次元座標上の任意の位置に置いた第２の視点から、所定範囲内の全ての仰角、方位方向について、第１の半透明色のパーティクルを直線的に空間に拡散させ、所定の生存距離に到達したパーティクルを消滅させる第２の拡散処理と、第１の拡散処理または第２の拡散処理の過程でパーティクルと障害物との衝突を検出したらパーティクルの色を第２の半透明色に変更し、第１の拡散処理により拡散したパーティクルと第２の拡散処理により拡散したパーティクルが重なる領域にて、第１の半透明色を有するパーティクルを残して第２の半透明色を有するパーティクルの半透明色を変更する衝突判定処理と、拡散処理により拡散したパーティクルを画面に表示する表示処理と、を備えても良い。
【００３４】
これによって、レーダ装置から見たレーダ覆域内の見通し外領域を、空間的に容易に把握することができる。また、補助レーダ装置の位置の移動に連動して、レーダ装置のレーダ覆域内の見通し領域と見通し外領域が３次元表示されるので、レーダ覆域の見通し外領域を縮小するように補助レーダ装置を移動することができる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１に示すように、パーティクルを用いて空間の見通し領域および見通し外領域を描画するとき、遠方の見通し精度を向上するためには、より多くのパーティクルを生成する必要がある。しかしながら生成するパーティクルの総数が多くなると、見通し領域表示装置におけるリアルタイム性を阻害する要因となる。
【００３６】
また、地上に設置したレーダ装置の見通し範囲は、仰角が高いと障害物が存在する確率が低くなるという特徴を有する。このため障害物との衝突の有無に応じてパーティクルの粒度径を変化させる。図４は実施の形態２の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域におけるパーティクルの生成および表示例を示す図である。
【００３７】
図４において、所定の仰角、方位方向で、パーティクルの生存期間までの間に障害物との衝突が発生しなかった場合、その周辺のパーティクルを監視して、衝突が発生したパーティクルがないことを確認する。このとき、所定の仰角と方位毎に、識別番号（ＩＤ）を割り振り、ＩＤにて管理する。
【００３８】
確認の結果、その周辺へのパーティクルの出現頻度を下げ、パーティクルの粒度径を大きくして、図４に示すパーティクル８のようにする。逆に、障害物との衝突が発生したパーティクルの周辺はパーティクルの出現頻度を上げて、パーティクルの粒度径を小さくして、図４に示すパーティクル８のようにする。そのようにすることでパーティクル総数を抑制しつつ、見通し領域の３次元形状を詳細に表現することができる。
【００３９】
実施の形態２による見通し領域表示装置は、実施の形態１において、拡散処理は、視点から、特定の仰角、方位方向について、所定の生存距離に到達するまで直線的に空間に拡散したパーティクルが第１の半透明色である場合、パーティクルの粒度を大きくするとともにパーティクルの拡散する所定間隔を拡げ、同一の視点から、別の特定の仰角、方位方向について、所定の生存距離に到達するまで直線的に空間に拡散したパーティクルが第２の半透明色である場合、パーティクルの粒度を小さくするとともにパーティクルの拡散する所定間隔を狭める。これにより、生成するパーティクルの総数の増加を抑え、見通し領域表示装置におけるリアルタイム性を維持することができる。
【００４０】
また、複数の位置１ｂを補助レーダ装置１０２の設置位置に置き換えれば、移動レーダによる覆域補助の事前シミュレーションに適用することができる。また、見通し領域は別の見方をすれば、視点１が相手からレーダ装置で観測可能な領域を示しているので、外敵から見つけられにくい位置１の事前評価を行うための評価装置に適用することができる。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３の見通し領域表示装置による、見通し領域および見通し外領域の表示例を示す図である。図５において、実施の形態１で説明したように、視点の位置１の見通し領域を描画した後、見通し領域を構成するパーティクルの位置、色の情報を記録する。
【００４２】
次に、視点の位置１を移動航跡１０に沿ってずらして、実施の形態１で説明したように、見通し領域を構成するパーティクルの情報を記録する。ここで重複するパーティクルはどちらかの情報を削除して必要メモリ量を削減する。このように次々と視点の位置１をずらすことで、見通し領域の変化をマージした見通し領域１１を表示できるようにする。
【００４３】
実施の形態１と同様に３次元空間のイメージで表示することもできるが、例えば高度スライダ１２を用意して、スライダ１２を上下に移動することで、特定の高度範囲の見通し領域をクリッピングするように指示すれば、リアルタイムに２次元地図へ投影した表示をすることができる。
【００４４】
また、実施の形態３のヘリや戦闘機の航路１０を決めて、レーダ装置１０１のレーダビームが届く範囲を積分表示することで、捜索可能範囲１１を３次元表示することも可能である。
【００４５】
さらに、実施の形態３の高度スライダ１２を用いて特定の高度範囲の捜索可能範囲の２次元投影表示も可能である。
【００４６】
実施の形態３による見通し領域表示装置は、実施の形態１において、ある視点からの見通し領域を描画し、当該描画した見通し領域のパーティクルを記録する記録処理を行い、上記ある視点を所定の航跡に沿って移動させるとともに上記記録処理を順次実施し、記録処理の度にパーティクルをマージするものである。これにより、リアルタイムに２次元地図へ投影した表示をすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  視点位置、１ｂ  追加視点位置、２  山などの障害物、３  見通し領域、４  見通し外領域、４ｂ  複数の視点位置からの見通し外領域、５  見通し領域にあるパーティクル、５ｂ  見通し外領域にあるパーティクルが他の視点位置からの見通し領域にあるパーティクルとの衝突により見通し領域となったパーティクル、６  見通し外領域にあるパーティクル、７  パーティクル生存距離、８  仰角が高く障害物がほとんどない領域のパーティクル、９  仰角が低く障害物が多い領域のパーティクル、１０  航路、１１  積分したレーダ捜索可能範囲、１２  高度スライダ、１３  レーダ、１４  レーダ覆域、１５  レーダ覆域の死角、１６  補助レーダ。
【図１】
0006304077.tif 000002
【図２】
0006304077.tif 000003
【図３】
0006304077.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006304077.tif 000007