(57)【要約】【課題】電波反射体が多く存在し、かつレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が比較的狭く、目標物が不連続的な運動をする移動体であるような場合であっても、目標物位置検出精度を十分に高くすることができるレーダ装置を得ることを目的とするものである。【解決手段】電波反射体の位置及び反射方向を電波反射情報として記憶する電波反射体データベース、目標物から出射される電波が電波反射体によって反射されて伝播する間接波の到来方向及び伝播距離並びに電波反射情報から算出される間接波の伝播経路をもとに目標物の位置を検出する目標位置検出手段を備えるようにしたものである。【選択図】図１
2005257515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を反射する電波反射体の位置及び反射方向を電波反射情報として記憶する電波反射体データベース、目標物から出射される電波が上記電波反射体によって反射されて伝播する間接波の到来方向及び伝播距離並びに上記電波反射体データベースに記憶された電波反射情報から算出される上記間接波の伝播経路をもとに上記目標物の位置を検出する目標位置検出手段を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記目標物から出射される電波が上記電波反射体によって反射されずに伝播する直接波であるとして、上記電波の到来方向及び伝播距離から算出される上記電波の伝播経路をもとに上記目標物の位置を推定する目標位置推定手段を備え、上記目標位置推定手段によって推定される上記目標物の位置の時間変動をもとに上記電波が上記直接波又は上記間接波の何れであるかを識別する受信波識別手段を備えた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】
上記直接波から上記目標位置推定手段によって推定された目標物の位置と、上記間接波から上記目標位置推定手段によって推定された目標物の位置をもとに上記電波反射情報を検出する電波反射情報検出手段を備え、上記電波反射情報検出手段によって検出された上記電波反射情報を上記電波反射体データベースに記憶することを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を用いて目標物の追尾を行うレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電波を用いたレーダ装置（以下、レーダ装置、と記す。）によって目標物の追尾を行う場合、目標物からレーダ装置までの伝播経路の途中で反射を伴って到来する間接波による影響が、目標物の位置検出精度（以下、目標物位置検出精度、と記す。）の低下を招き、極端な場合には目標物の誤検出に至ることもある。このような伝播経路の途中で発生する電波の反射の原因は、地表面や海面、雨、雲、建物を始め、レーダ装置の使用環境、条件によって様々である。
【０００３】
このようなレーダ装置においては、目標物位置検出精度を高めるために、間接波による影響を低減又は除去することが行われている。例えば、特許文献１には、目標物である航空機から同時に出射された電波が、航空機からレーダ装置まで伝播経路の途中で反射することなく到来する直接波は、伝播経路の途中で反射を伴って到来する間接波よりも早い時刻に到来することを利用して、より遅い時刻に到来した電波は間接波と判断して、間接波の影響を低減する技術について開示されている。
【０００４】
しかし、このような技術を用いた従来のレーダ装置においては、レーダ装置に異なる時刻に到来する電波の内、最も早い時刻に到来する電波を直接波と推定して処理するものであって、実際に電波の反射が発生しているのか否かが判定できない。このため、例えば、直接波がほとんど遮断されてしまうような状況においては、間接波の中で最も早い時刻に到来した電波が直接波と推定されてしまい、目標物の推定位置と真の位置との誤差が大きくなり、目標物位置検出精度の低下を招く。
【０００５】
例えば、空港面を移動する航空機を目標物として、レーダ装置によって追尾を行う場合、空港面には駐機中の航空機、車両、建物等電波を反射する物体（以下、電波反射体、と記す。）が多く存在し、かつ飛行中の航空機を目標物とするような場合と比較してレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が狭いため、直接波がほとんど遮断されてしまう状況も発生しやすい。従って、目標物としての航空機について、十分な目標物位置検出精度が得られない場合が生じる。
【０００６】
また、他の従来のレーダ装置においては、目標物の過去の動きから、将来の動きを予測して、この予測位置と目標物から到来する電波から推定される目標物の推定位置の動きを比較することによって、間接波による影響を除去する技術も用いられている。
【０００７】
しかし、このような技術を用いた従来のレーダ装置は、空港面を移動する航空機のように移動と停止を繰り返したり、直角方向に向きを変えるような不連続的な運動をする移動体を目標物とする場合には、目標物の予測位置と真の位置との誤差が大きくなる。
【０００８】
つまり、従来のレーダ装置においては、空港面を移動する航空機を追尾するような場合、つまり、電波反射体が多く存在し、かつレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が比較的狭く、目標物が不連続的な運動をする移動体であるような場合には、目標物位置検出精度が低下し、不十分なものとなってしまうという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２０６２３９号公報（第３−４頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電波反射体が多く存在し、かつレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が比較的狭く、目標物が不連続的な運動をする移動体であるような場合であっても、目標物位置検出精度を十分に高くすることができるレーダ装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るレーダ装置は、電波を反射する電波反射体の位置及び反射方向を電波反射情報として記憶する電波反射体データベース、目標物から出射される電波が電波反射体によって反射されて伝播する間接波の到来方向及び伝播距離並びに電波反射情報から算出される間接波の伝播経路をもとに目標物の位置を検出する目標位置検出手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、間接波の到来方向及び伝播時間並びに電波反射体の位置及び反射方向から間接波の伝播経路を算出して、この伝播経路をもとに間接波から目標物の位置を検出するようにしたので、電波反射体が多く存在し、かつレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が比較的狭く、目標物が不連続的な運動をする移動体であるような場合であっても、高い目標物位置検出精度を有するレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示すブロック図であり、目標物（図示せず）との間で電波の送受信を行うためのアンテナ１０は、その送受信方向を変化させるための駆動部を含んでおり、アンテナ駆動回路１２によって駆動される。アンテナ１０と受信機１４、送信機１６は送受切替器１８を介して接続される。送受切替器１８は、アンテナ１０で受信される受信波とアンテナ１０から送信される送信波との混合を防止して、送信と受信の切替を行う。なお、目標物はアンテナ１０から送信される送信波を受けて、あらかじめ定められた遅延時間後に電波を出射するように構成されており、レーダ装置は、この目標物から出射される電波を、アンテナ１０で受信波として受信する。
【００１４】
位置信号処理回路２０には、アンテナ駆動回路１２、受信機１４、送信機１６が接続され、アンテナ１０の送受信方向に関する情報、受信機１４で一次的に信号処理されて抽出された受信波の信号、送信波の送信時刻等の情報が入力される。位置信号処理回路２０は、これらの信号及び情報をもとに、受信波の到来方向及び伝播距離を算出して、目標位置検出手段である目標位置検出回路２２に出力する。
【００１５】
目標位置検出回路２２は、位置信号処理回路２０から入力される受信波の到来方向及び伝播距離に加え、電波反射体データベース２４から電波を反射する電波反射体の位置及び反射方向である電波反射情報を得て、これらの情報をもとに目標物の位置（以下、目標位置検出回路２２によって検出される目標物の位置を、検出目標位置、と記す。）を検出し、追尾制御回路２６に出力する。
【００１６】
追尾制御回路２６は、検出目標位置の情報を表示制御回路２８に出力し、表示制御回路２８は表示器３０に目標物の位置を表示する。表示器３０には、このレーダ装置の操作者が表示された目標物の位置などの情報をもとに、追尾制御回路２６に対する指示を入力するための操作端末装置を含んでおり、操作者は目標物の追尾範囲の選択等、追尾制御回路２６に対する指示を操作端末装置から入力する。また、追尾制御回路２６は、アンテナ駆動回路１２、受信機１４、送信機１６に対して制御信号を送り、操作者の指示、目標物の位置等の情報をもとにこれらの適切な制御を行う。
【００１７】
次に、図２をもとに、図１に示すレーダ装置の目標位置検出回路２２によって間接波から検出目標位置を検出する手順について説明する。図２は、空港面にある航空機を目標物とする場合のように、目標物の鉛直方向の移動がなく、かつ目標物が存在する面を平面であると近似できる場合を想定し、目標物が存在する面内におけるレーダ装置のアンテナ１０、目標物、電波反射体の位置関係及び電波の伝播経路等を表したものである。レーダ装置のアンテナ１０、目標物の大きさは考慮しないものとし、平面内では点で表す。
【００１８】
実空間における電波反射体は、３次元の有限の反射面として認識されるが、図２においては、目標物が存在する面として近似した平面に投影された有限の直線又は曲線として表される。例えば、実空間における建物の壁、つまり鉛直方向に立てられた平面状の壁面が電波反射体である場合、図２においては直線として表されることになる。
【００１９】
図２に示す平面内で有限の直線として表された電波反射体は、その線上の各点において電波を反射し、その反射方向はその点における電波反射体を表す直線に直交する方向と入射波及び反射波がそれぞれなす角度である入射角及び反射角が、互いに等しくなる方向として特定される。この場合、例えば、この有限の直線の両端の点の座標及び直線の式を電波反射情報として図１に示す電波反射体データベース２４に記憶すればよい。直線の式の代わりに、この直線と直交するベクトルの情報を記憶するようにしてもよい。
【００２０】
平面内で有限の曲線として表された電波反射体の場合は、その曲線上の各点における接線と直交する方向と、入射波及び反射波がそれぞれなす角度である入射角及び反射角が互いに等しくなる方向として、当該曲線上の各点における反射方向が特定される。この場合、例えば、この有限の曲線の両端の点の座標及び曲線の式を電波反射情報として図１に示す電波反射体データベース２４に記憶すればよい。曲線が簡単な式で表せないようなときには、この曲線上の代表的な点の座標とその点における接線の式を電波反射体データベース２４に記憶し、代表的な点の間の点の位置及び反射方向は補間計算によって算出するようにしてもよい。また、各点における接線の式の代わりに、接線と直交するベクトルの情報を記憶するようにしてもよい。電波反射情報は電波反射体による反射の位置と反射の方向が特定できる情報であればよい。
【００２１】
以下、図１に示すレーダ装置のアンテナ１０、目標物、電波反射体及び電波の伝播経路は、同一の平面内にあるものとして説明する。図２において、点Ａは図１に示すレーダ装置のアンテナ１０の位置を示しており、間接波は直線Ｌ０の矢印の方向から到来する。図１に示すレーダ装置において、目標位置検出回路２２は電波反射体データベース２４から電波反射情報として有限の直線Ｌ１の情報を得る。この電波反射情報に相当する電波反射体は、前述のように実空間における建物の壁面等が想定される。直線Ｌ０と直線Ｌ１の交点を点Ｂとすると、間接波は点Ｂで反射して点Ａに到来していることが分かる。つまり、点Ｂが反射点として特定される。
【００２２】
間接波が反射点である点Ｂに入射する方向は、直線Ｌ１に直交して点Ｂを通る直線Ｌ２と直線Ｌ０のなす角度ａと、直線Ｌ２に対して直線Ｌ０の反対側で同じ角度ａをなして点Ｂを通る直線Ｌ３の方向となる。そして、直線Ｌ３上に点Ｃを、点Ａから点Ｂまでの距離と点Ｂから点Ｃまでの距離の和が、間接波の伝播距離と等しくなる位置にとれば、この点Ｃが目標物の位置として検出される。
【００２３】
以上のような手順で、目標位置検出回路２２によって間接波から目標物の位置を検出することができる。この場合、点Ａの位置にあるアンテナ１０と点Ｃの位置にある目標物の間に電波を遮る障害物があって、アンテナ１０に直接波が到来しないときでも、間接波から目標物の位置を検出できることから、電波反射体が多く存在し、かつレーダ装置、目標物、電波反射体の相互の間隔が比較的狭く、目標物からの直接波が到来しないような場合があっても、高い目標物位置検出精度を有するレーダ装置を得ることができる。なお、目標物等が同一の平面内にあるものと近似できる場合について２次元空間として説明したが、３次元空間であっても、同様の手順によって目標物の位置を検出できる。
【００２４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示すブロック図であり、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。目標位置推定手段である目標位置推定回路４０は、位置信号処理回路２０から入力される受信波の到来方向及び伝播距離から、目標物の位置（以下、目標位置推定回路４０によって推定される目標物の位置を、推定目標位置、と記す。）を推定する。受信波識別手段である受信波識別回路４２は、推定目標位置の時間変動をもとに受信波が直接波又は間接波の何れであるかを識別する。
【００２５】
以下、図４をもとに、推定目標位置を推定し、その時間変動をもとに受信波が直接波又は間接波の何れであるかを識別する手順について説明する。図４は図２と同様、目標物の鉛直方向の移動がなく、かつ目標物が存在する面を平面であると近似できる場合を想定したものであり、図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００２６】
ある時刻Ｔ１において、受信波は直線Ｌ４の矢印の方向から到来しているとする。目標位置推定回路４０は、直線Ｌ４上に点Ｄを、点Ａから点Ｄまでの距離が電波の伝播距離と等しくなる位置にとり、この点Ｄの位置を時刻Ｔ１における推定目標位置とする。
【００２７】
次に、時刻Ｔ１からわずかに時間経過した時刻Ｔ２において、受信波は直線Ｌ５の方向から到来したとする。目標位置推定回路４０は、直線Ｌ５上に点Ｅを、点Ａから点Ｅまでの距離が電波の伝播距離と等しくなる位置にとり、この点Ｅの位置を時刻Ｔ２における推定目標位置とする。
【００２８】
受信波識別回路４２では、点Ｄと点Ｅの位置を比較する。推定目標位置は、わずかな時間ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１で点Ｄから点Ｅへと大きく変化しており、推定目標位置の移動速度は非常に大きな値となる。この推定目標位置の移動速度が、あらかじめ想定されている目標物の実際の移動速度の範囲から逸脱した移動速度となった場合には、わずかな時間ΔＴでは目標物はほとんど移動しないので目標物の真の位置は点Ｄの近傍にあり、受信波は破線で示した矢印Ｌ６のように、直線Ｌ５上のある点Ｆで反射されて点Ａに到来する間接波であると推定される。よって、受信波識別回路４２は、時刻Ｔ２で受信した受信波は間接波であると識別する。識別の指標としては、推定目標位置の速度、加速度等を算出し、これらの値とあらかじめ定めた閾値とを比較することによって容易に受信波が直接波又は間接波の何れであるかを識別することができる。
【００２９】
この受信波識別回路４２で識別した結果は、目標位置検出回路２２に入力され、目標位置検出回路２２で電波反射情報を用いて直接波又は間接波と判定した結果と比較することによって、その判定の精度を高めることができる。例えば、電波反射体データベース２４には記憶されていない電波反射体による間接波を受信していた場合、目標位置検出回路２２では直接波として判定され、受信波識別回路４２では間接波として識別される。この場合、目標位置検出回路２２は、直接波として算出した検出目標位置を廃棄して追尾制御回路２６には出力しないようにすることによって、目標物の位置の検出誤りを防止できる。
【００３０】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置を示すブロック図であり、図３と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図５において、電波反射情報検出手段である電波反射情報検出回路５０は、直接波から目標位置推定回路４０によって推定される推定目標位置と、間接波から目標位置推定回路４０によって推定される推定目標位置をもとに、電波反射情報を検出する。この検出された電波反射情報は、電波反射体データベースに２４に記憶され、目標位置検出回路２２における検出目標位置の検出に使用される。
【００３１】
以下、図６をもとに、電波反射情報検出回路５０における電波反射情報を検出する手順を説明する。図６は図２、図４と同様、目標物の鉛直方向の移動がなく、かつ目標物がある面を平面であると近似できる場合を想定したものであり、図２、図４と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００３２】
図４で説明したのと同様、時刻Ｔ１において、受信波は直線Ｌ４の矢印の方向から到来しており、目標位置推定回路４０は、直線Ｌ４上に点Ｄの位置を時刻Ｔ１における推定目標位置として推定する。次に、時刻Ｔ２において、受信波は直線Ｌ５の方向から到来しており、目標位置推定回路４０は、直線Ｌ５上に点Ｅの位置を時刻Ｔ２における推定目標位置として推定する。受信波識別回路４２は、時刻Ｔ１における受信波は直接波、時刻Ｔ２における受信波は間接波であると識別し、その識別結果を電波反射情報検出回路５０に出力する。
【００３３】
電波反射情報検出回路５０では、直線Ｌ５上の点Ｆを、点Ｆから点Ｅまでの距離と点Ｆから点Ｄまでの距離が等しくなるような位置に定め、この点Ｆを反射点と推定する。更に、直線Ｌ５と、点Ｄと点Ｆを結ぶ直線である直線Ｌ６とが作る角を２等分する直線Ｌ７を求め、このＬ７と点Ｆにおいて直交する直線Ｌ８を求める。点Ｆにおける反射方向は、直線Ｌ８の電波反射体があるのと同等のものとなる。点Ｆの近傍に、他の反射点の存在し、それらの反射点は１つの電波反射体によるものであると推定されるような場合には、それらの点における直線Ｌ８に相当する直線を接線として当該各点を結ぶ曲線を、電波反射体として検出できる。
【００３４】
点Ｆと実際の反射点の誤差は、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の差が小さく、目標物の実際の位置の変化が小さいほど小さくなるので、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の差を指標として、この差があらかじめ定められた値より小さい場合にのみ、この電波反射情報を有効なものとして扱えばよい。また、同時に直接波と間接波を受信して、それぞれから目標位置推定回路４０によって推定目標位置が推定できるような場合は、これらの推定目標位置をもとに電波反射情報を検出することもできる。
【００３５】
この実施の形態３のレーダ装置においては、電波反射体データベース２４に記憶されていない新たな電波反射体が出現した場合に、その電波反射情報を検出して電波反射体データベース２４に記憶させて、目標位置検出回路２２における検出目標位置の検出に利用することができるので、新たな電波反射体の出現による目標位置検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の動作を説明する平面図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の動作を説明する平面図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ装置のブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるレーダ装置の動作を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
２２  目標位置検出手段、２４  電波反射体データベース、４０  目標位置推定手段、４２  受信波識別手段、５０  電波反射情報検出手段。
【図１】
2005257515.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005257515.tif 000005
【図４】
2005257515.tif 000006
【図５】
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【図６】
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