(57)【要約】【課題】本発明は、一次レーダ装置において、目標等から到来した反射波に所定の処理を施すレーダ信号処理装置に関し、多様な目標の検出を精度よく安定に可能とすることを目的とする。【解決手段】反復して行われるスキャンに応じて到来した反射波に対応して指示画面上で隣接する画素からなる集合画素毎に、運動ベクトルを求める運動ベクトル算出手段と、前記運動ベクトル算出手段によって求められた運動ベクトルの変化が前記スキャンの順に所定の限度内にあり、かつ要素がユニークである集合として前記集合画素の列を区分し、目標検出に供する集合化処理手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反復して行われるスキャンに応じて到来した反射波に対応して指示画面上で隣接する画素からなる集合画素毎に、運動ベクトルを求める運動ベクトル算出手段と、
前記運動ベクトル算出手段によって求められた運動ベクトルの変化が前記スキャンの順に所定の限度内にあり、かつ要素がユニークである集合として前記集合画素の列を区分し、目標検出に供する集合化処理手段と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ信号処理装置において、
前記運動ベクトル算出手段は、
前記運動ベクトルを求めるための演算対象から、前記集合画素毎に対応する目標が追尾処理の下で位置し得ると予測された領域外に位置する集合画素を除外する
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーダ信号処理装置において、
前記運動ベクトル算出手段は、
前記運動ベクトルを求めるための演算対象から、先行して行われたスキャンとの間における相関性または相似性が無い集合画素を除外する
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、
前記反射波は、
レンジ方向と、スキャン方向と、前記スイープの方向との全てまたは一部における積分処理が予め施されて与えられる
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、
前記所定の限度には、
前記スキャンが行われる最短のインターバル内に前記反射波の発生源である目標が移動し得る最大の距離が反映された
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次レーダ装置において、目標等から到来した反射波に所定の処理を施すレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海域監視レーダシステムは、複数または単局のレーダサイトによって得られ、かつ共通の指示方式に適合した画像を地理的にマッピングすることにより、所望の海域を航行する船舶等の測位や測距を実現する。
【０００３】
従来、このようなレーダサイトに配置されたレーダ装置では、スキャン毎に得られる画像に、二値化、ラべリング、面積フィルタ、重心検出等の処理を施すことにより、目標の検出が一次的に行われ、さらに、各目標毎の追尾処理がα-βトラッカーアルゴリズム等に基づいて施されていた。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術としては、後述する特許文献１に開示されるように、「船体の進行方向である船首尾方向に平行で且つ正横方向に平行な船体基準面内でビームの指向方向が旋回するアンテナを利用するレーダであって、前記アンテナからパルス状電波を一定周期で繰り返し送信するとともに、前記アンテナで前記パルス状電波の物標での反射波である受信信号を受信する送受信手段と、前記受信信号によって物標までの距離を検知する距離検知手段と、を備えた船舶用レーダにおいて、水平面に対する前記船体基準面の姿勢角を検出する船体姿勢角検知手段と、前記船体基準面内での前記ビームの指向方向であるアンテナ方位角と前記姿勢角とに基づいて前記アンテナ方位角を水平面に投影した角度を補正アンテナ方位角として求める補正アンテナ方位角検知手段とを備える」ことにより、「搭載される船舶の動揺に応じて変化するレーダアンテナの姿勢変化に起因するアンテナ方位角の誤差による問題を解消して、小型船舶に搭載する場合でも物標の探知精度および追尾精度を確保する」点に特徴がある船舶用レーダがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０１４８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来例では、海面反射に埋もれた小型船舶等の目標の誤検出が多く発生し、後続して行われる追尾処理の精度や安定性が著しく低下して最悪の場合には追尾ロストが生じる可能性があった。
【０００７】
なお、従来、反復して行われたスキャンの度に得られた画像が重ね合わせられることにより、移動している物標の航跡を指示画面上に表示することは可能であった。
【０００８】
しかし、このような処理は、あくまでも指示画面上における表示のための重ね合わせであり、目標の検出処理には利用されていなかった。このために、目標と海面とからそれぞれ到来した反射波に積分処理、相関処理および追尾処理が施されても、海面反射に埋もれた小型の目標の検出を必ずしも安定に確度高く実現することはできなかった。
【０００９】
本発明は、多様な目標の検出を精度よく安定に可能とするレーダ信号処理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】
【００１０】
請求項１に記載の発明では、運動ベクトル算出手段は、反復して行われるスキャンに応じて到来した反射波に対応して指示画面上で隣接する画素からなる集合画素毎に、運動ベクトルを求める。集合化処理手段は、前記運動ベクトル算出手段によって求められた運動ベクトルの変化が前記スキャンの順に所定の限度内にあり、かつ要素がユニークである集合として前記集合画素の列を区分し、目標検出に供する。
【００１１】
すなわち、時系列の順に行われた各スキャンにより得られた集合画素は、先行するスキャンによって得られた集合画像に対する運動ベクトルの変化が上記限度内にある集合画素の列に区分されて目標検出に供される。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のレーダ信号処理装置において、前記運動ベクトル算出手段は、前記運動ベクトルを求めるための演算対象から、前記集合画素毎に対応する目標が追尾処理の下で位置し得ると予測された領域外に位置する集合画素を除外する。
【００１３】
すなわち、上記運動ベクトルを求める処理の演算対象には、各集合画素に対応する目標が追尾処理の下で位置し得ない領域に位置する集合画素が含まれない。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のレーダ信号処理装置において、前記運動ベクトル算出手段は、前記運動ベクトルを求めるための演算対象から、先行して行われたスキャンとの間における相関性または相似性が無い集合画素を除外する。
【００１５】
すなわち、上記運動ベクトルを求める処理の演算対象には、先行して行われたスキャンとの間における相関性または相似性が無い集合画素が含まれない。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、前記反射波は、レンジ方向と、スキャン方向と、前記スイープの方向との全てまたは一部における積分処理が予め施されて与えられる。
【００１７】
すなわち、目標検出に供される集合画素の列を得る処理は、分布目標等から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、前記所定の限度には、前記スキャンが行われる最短のインターバル内に前記反射波の発生源である目標が移動し得る最大の距離が反映される。
【００１９】
すなわち、目標検出に供される集合画素の列を得る処理は、個々の集合画素に対応する目標が移動し得ない領域に位置する目標から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、移動目標は、運動ベクトルの変化が所定の限度を超えて変動したり跳躍することがない集合画素の列として、分布目標等から到来した反射波との峻別が図られつつ識別可能となる。
【００２１】
本発明では、目標検出に供される集合画素の列は、その目標検出の精度が損なわれることなく効率的に求められる。
【００２２】
本発明では、集合画素を求める処理が効率的に行われ、目標検出の精度および効率が高められる。
【００２３】
したがって、本発明が適用されたレーダ装置では、移動目標は、分布目標に埋もれた小さな目標であっても、反復して行われるスキャンにより得られた集合画素の列として、レーダ信号処理の過程で精度よく安定に検出される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態における信号処理部の動作フローチャートである。
【図３】移動ベクトルの算出処理の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、送受信部１１のアンテナ端子には空中線系１２が接続され、その送受信部１１の復調出力は信号処理部１３の入力に接続される。信号処理部１３の出力は指示部１４の入力に接続され、これらの送受信部１１、信号処理部１３および指示部１４がそれぞれ有するポートは、制御部１５の対応する入出力ポートに接続される。
【００２６】
このような構成のレーダ装置の各部の基本的な連係は、制御部１５の配下で以下の通りに行われ、このような連係の下で、所定の海域（地域）や海上に位置し、あるいは移動する船舶（既述の通りに海面反射に埋もれ得る小型の船舶を含む。）等の目標の検出が実現される。
【００２７】
送受信部１１は、例えば、反復して行われるスイープに応じてパルスレーダ方式の送信波を所定の周期で送信する。空中線系１２は、所定のスキャンの下で覆域となる海域（地域，空域）に、このような送信波を照射する。
その覆域に位置する船舶等の目標によって上記送信波が反射することによって発生した反射波は、既述のスキャンの下で空中線系１２に到来する。
【００２８】
送受信部１１は、このようにして空中線系１２に到来した反射波を受信して復調することによって上記スイープに同期した復調信号を生成する。信号処理部１３は、その復調信号に、ＣＦＡＲ(Constant
False Alarm Rate)、ＭＴＩ(Moving
Target Indicator)、追尾等の標準的なレーダ信号処理（以下、「標準レーダ信号処理」という。）を施すことによって、上記覆域に位置する船舶等の目標の検出および追尾を行い、指示部１４に備えられた表示装置（図示されない。）の画面にＰＰＩスコープ等の指示画面として、これらの検出および追尾の結果を操作者に提供する。
【００２９】
図２は、本実施形態における信号処理部の動作フローチャートである。
図３は、移動ベクトルの算出処理の原理を説明する図である。
【００３０】
本発明の特徴は、本実施形態では、信号処理部１３によって行われ、かつ移動している目標の検出に供されるレーダ信号処理の形態にある。
【００３１】
以下、図１〜図３を参照して本実施形態における特徴的なレーダ信号処理の手順を説明する。
信号処理部１３は、既述の標準レーダ信号処理に併せて、以下のレーダ信号処理を行う。
【００３２】
(1) 標準レーダ信号処理の下で得られた目標の検出および追尾の結果との相関性を維持しつつその標準レーダ信号処理の対象となる復調信号で示され、かつスキャン毎に得られる画像上で隣接する画素からなる集合画素（図３(1))を抽出する（図２ステップＳ１）。なお、このような集合画素が抽出される処理の前には、上記復調信号は、本実施形態に係るレーダ装置（空中線系１２）に対するレンジ方向と、方位方向と、既述のスキャンの方向との全てまたは一部における積分処理，ＣＦＡＲが予め施されることにより、近レンジにおいて過大なレベルで発生した海面反射の抑圧（除去）その他のＳＮ比の改善が図られてもよい。
【００３３】
(2) これらの集合画素から、以下に列記する要件(2-a)、(2-b)の双方または一方が成立する集合画素を除くことにより、特定の集合画素（以下、「抽出集合画素」という。）（の列）（図３(2))を抽出する（図２ステップＳ２）。
【００３４】
(2-a)検出の対象となるべき目標が既述の追尾処理の下で位置し得ると予測された領域（追尾ウインドウ）の外に位置する。
(2-b)先行して行われたスキャンとの間における相関性または相似性が低い。
【００３５】
(3) これらの抽出集合画素毎に、同様のスキャン毎に得られる画像上において、該当する目標の移動に応じて時系列の順に連なり、あるい連なっていたと推定可能な帯状の画像（画素列）が伸びる方向および距離の対として、運動ベクトルを求める（図２ステップＳ３）。なお、このような運動ベクトルは、例えば、該当する抽出集合画素の過去の位置（の列）から最新の位置に至るショートベクトル（図３(3))やｎ次曲線（図３(4))の列として得られる。
【００３６】
(4) これらの運動ベクトルの変化とスキャン毎に得られた画像上で検出された目標の変位とが既述のスキャンの順において下記の限度(4-a)〜(4-c)の全てまたは一部を満たし、かつ要素がユニークである集合として上記抽出集合画素の列を区分することにより、目標検出に適用する（図２ステップＳ４）。
【００３７】
(4-a)反射波の発生源である目標は、既述のスキャンが行われる最短のインターバル内に移動し得る最大の距離を超えて変位しあるいは跳躍することがない。
【００３８】
(4-b)反射波の発生源である目標は、同様の最短のインターバル内に旋回し得る最大の角度を超えて旋回することがない。
【００３９】
(4-c)反射波の発生源である目標は、スキャンの過程で移動し得る方向毎に、重みづけられた最大の距離を超えて変位しあるいは跳躍することがない。
【００４０】
すなわち、スキャン毎により得られた抽出集合画素は、先行するスキャンによって得られた抽出集合画像に対する運動ベクトルの変化と、スキャン毎に得られた画像上で検出された目標の変位とが上記限度内にある集合画素の列に区分された後に、目標検出のために参照され、かつ活用される。
【００４１】
さらに、このような運動ベクトルを求める処理の演算対象には、追尾処理の下で各集合画素に対応する目標が位置し得ない領域に位置する集合画素と、先行して行われたスキャンとの間における相関性または相似性が低い集合画素との少なくとも一方は含まれない。
【００４２】
しかも、上記目標検出に供される集合画素の列を得る処理は、個々の集合画素に対応する目標が移動し得ない領域と、その目標が移動し得ない方向（該当する目標が旋回し得ない方向を含む。）にある領域との少なくとも一方から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【００４３】
また、目標検出に供される集合画素の列を得る処理については、分布目標等から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、移動している目標であれば、海面反射に埋もれるほど小さい小型船舶であっても、既述の運動ベクトルの変化とスキャン毎に得られる画像上において検出された目標の変位とが所定の限度を超えて変動したり跳躍することがない集合画素の列として、精度よく効率的に識別可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態は、単一のレーダサイトに設置された１台のレーダ装置として構成されている。
【００４６】
しかし、本発明は、このようなレーダ装置に限定されず、例えば、既述の海域監視レーダシステムを構成する複数のレーダサイトに個別に設置されたレーダ装置においても、他のレーダサイトから引き渡された反射波（復調信号）をこれらのレーダサイトの間における地理的な配置に整合するマッピングの下で合成した後には、同様に適用可能である。
【００４７】
また、本発明は、船上に搭載された船舶レーダ装置や空域の監視に供される空域監視レーダ装置にも適用可能である。
さらに、本実施形態では、目標検出の精度の低下が許容されるならば、以下の双方または何れか一方が成立するように構成されてもよい。
【００４８】
(1) 既述の要件(2-a)、(2-b)の全てが成立しないとの条件で抽出集合画素が抽出される。
(2) 既述の限度(4-a)〜(4-c)の全てが成立しないとの条件で抽出集合画素の列が区分される。
【００４９】
また、本実施形態では、既述の処理の対象は、例えば、復調信号（反射波）の瞬時値が２値あるいは多値に量子化されることによって生成された離散信号であってもよい。
【００５０】
さらに、本発明は、パルスレーダ方式に限定されず、パルス圧縮レーダ方式やＦＭ−ＣＷ方式が適用された一次レーダにも同様に適用可能である。
【００５１】
また、本実施形態では、既述の追尾処理は、α-βトラッカーアルゴリズム以外の如何なる方式に基づいて行われてもよい。
【００５２】
さらに、このような追尾処理の過程では、追尾ウインドウは、以下に列記する如何なる形態で設定されてもよい。
(1) 追尾された目標が移動し得る方向に広く設定される。
(2) 追尾された目標が旋回し得る方向に広く設定される。
(3) 追尾された目標がスキャン周期間に移動し得る距離が加味されたサイズで設定される。
【００５３】
また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【００５４】
以下、本願に開示された発明の内、特許請求の範囲に記載しなかった発明の構成、作用および効果を「特許請求の範囲」、「課題を解決するための手段」および「発明の効果」の各欄の記載に準じた様式により列記する。
【００５５】
［請求項６］  請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、
前記所定の限度には、
前記スキャンが行われる最短のインターバル内に前記反射波の発生源である目標が旋回し得る最大の角度が反映された
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【００５６】
このような構成のレーダ信号処理装置では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、前記所定の限度には、前記スキャンが行われる最短のインターバル内に前記反射波の発生源である目標が旋回し得る最大の角度が反映される。
【００５７】
すなわち、目標検出に供される集合画素の列を得る処理は、個々の集合画素に対応する目標が旋回し得ない方向に位置する目標から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【００５８】
したがって、集合画素を求める処理が効率的に行われ、目標検出の精度および効率が高められる。
【００５９】
［請求項７］  請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、
前記所定の限度には、
前記反射波の発生源である目標が前記スキャンの過程で移動し得る方向毎に、前記指示画面上における変位が重みづけられて反映された
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【００６０】
このような構成のレーダ信号処理装置では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、前記所定の限度には、前記反射波の発生源である目標が前記スキャンの過程で移動し得る方向毎に、前記指示画面上における変位が重みづけられて反映される。
【００６１】
すなわち、目標検出に供される集合画素の列を得る処理は、個々の集合画素に対応する目標が移動し得ない方向に位置する目標から到来した反射波の成分に対して施される可能性が大幅に少なくなる。
【００６２】
したがって、集合画素を求める処理が効率的に行われ、目標検出の精度および効率が高められる。
【符号の説明】
【００６３】
１１  送受信部
１２  空中線系
１３  信号処理部
１４  指示部
１５  制御部
【図１】
2013156189.tif 000003
【図２】
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【図３】
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