(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、
複数の前記アンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
複数の前記アンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、
複数の前記フィルタ部の各々に対して、各々の前記フィルタ部に対応する前記アンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、
複数の前記フィルタ部の各々は、
多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出し、
複数の前記演算部の各々は、
形状モデルが表す前記アンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応する前記フィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出し、
前記第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、
正しいと判定された前記推定面の境界を算出して外側に拡大し、
外側に拡大された前記境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、
前記第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行うこと
を特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
複数の前記アンテナの各々は、前記アンテナを駆動させて位置および姿勢を変化させる駆動部を有しており、
前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、当該演算部に対応する前記アンテナの駆動量を算出し、算出された駆動量を前記駆動部に設定する駆動量算出部を備えたこと
を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
複数の前記フィルタ部の各々に対し、当該フィルタ部に対応する前記アンテナの大まかな位置および姿勢を設定する位置姿勢設定部を備え、
複数の前記フィルタ部の各々は、
前記位置姿勢設定部から設定された前記アンテナの大まかな位置および姿勢に基づいて、多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部から入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出すること
を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
複数の前記アンテナの各々は、
前記アンテナの大まかな位置を測定する位置測定部と、
前記アンテナの大まかな姿勢を測定する姿勢測定部とを有し、
前記位置姿勢設定部は、前記位置測定部によって測定された前記アンテナの大まかな位置を入力し、前記姿勢測定部によって測定された前記アンテナの大まかな姿勢を入力し、入力された前記アンテナの大まかな位置および姿勢を前記フィルタ部に設定すること
を特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記アンテナによって受信された受信信号を修正する受信信号修正部と、
前記受信信号修正部によって修正された受信信号に基づいて目標を観測するレーダ信号処理部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記アンテナによって送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記送信信号生成部によって生成された送信信号を修正する送信信号修正部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記アンテナによって受信された受信信号を修正する受信信号修正部と、
前記受信信号修正部によって修正された受信信号に基づいて目標を観測するレーダ信号処理部と、
前記アンテナによって送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記送信信号生成部によって生成された送信信号を修正する送信信号修正部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項８】
複数のアンテナと、
複数の前記アンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置が、
複数の前記アンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、
複数の前記フィルタ部の各々に対して、各々の前記フィルタ部に対応する前記アンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、
複数の前記フィルタ部の各々は、
多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出するレーダ装置の位置姿勢計測方法であって、
複数の前記演算部の各々が、
形状モデルが表す前記アンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応する前記フィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出するステップと、
前記第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定するステップと、
正しいと判定された前記推定面の境界を算出して外側に拡大するステップと、
外側に拡大された前記境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出するステップと、
前記第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行うステップと、
を備えたことを特徴とする位置姿勢計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナで目標を観測するレーダ装置および複数のアンテナの各々の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナを備えた分散型のレーダ装置は、各々のアンテナの位置および姿勢を考慮して、複数のアンテナのビームパターンが合成された合成ビームパターンを生成する。このため、各アンテナの位置または姿勢に誤差があると、合成ビームパターンにも誤差が生じてレーダ装置の性能が劣化する。従って、分散型のレーダ装置には、各々のアンテナの正確な位置および姿勢が必要である。【０００３】
例えば、特許文献１に記載される位置姿勢計測装置は、位置および姿勢を計測する対象の物体の表面上の３次元点群データを、形状モデルが表す当該物体の既知の３次元形状にフィッティングさせる。物体の既知の３次元形状に対して実際の物体から測定された３次元点群データをフィッティングさせることで、実際の物体がどの位置でどのような姿勢になっているかを計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１７００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
形状モデルが表す形状と実際の物体で測定された点群とをフィッティングさせるためには、点群が形状のどの部分に対応するかを正確に求める必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された位置姿勢計測装置では、形状モデルが表す物体の既知の形状と、実際の物体で測定された点群との対応関係をどのように求めるかが十分に考慮されておらず、これらをフィッティングさせることができない可能性がある。【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであり、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができるレーダ装置および位置姿勢計測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーダ装置は、複数のアンテナと、複数のアンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、制御装置は、複数のアンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、複数のフィルタ部の各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、複数のフィルタ部の各々は、多数の３次元座標の測定点である点群から、形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出し、複数の演算部の各々は、形状モデルが表すアンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応するフィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出し、第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、形状モデルが表す形状の面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す対応データを算出し、対応データに基づいて形状モデルと点群をフィッティングさせる。これにより、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１におけるアンテナの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】形状モデルの例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る位置姿勢計測方法を示すフローチャートである。
【図６】点群、形状モデル、および形状モデルが示す形状を構成する面部に対して点群の測定点から引いた垂線を示す図である。
【図７】第１の対応データの例を示す図である。
【図８】正しい対応関係にある形状モデルが示す形状を構成する面部と点群とを示す図である。
【図９】形状モデルが示す形状を構成する面部に対して点群が正しい対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。
【図１０】第２の推定面の境界、この境界内の点群および形状モデルを示す図である。
【図１１】外側に拡大された境界、この境界内の点群および形状モデルを示す図である。
【図１２】外側に拡大された境界で決まる面部に含まれる点群と、形状モデルが示す形状を構成する面部との対応関係を示す図である。
【図１３】形状モデルが示す形状を構成する面部に対して測定点が誤った対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。
【図１４】実施の形態１に係るレーダ装置が備えるアンテナの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態２に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】実施の形態３に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態４に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１におけるアンテナの構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎ、制御装置２および座標測定装置３を備えている。Ｎはアンテナの個数である。各々のアンテナの位置は、例えば、アンテナの中心の位置であり、各々のアンテナの姿勢は、例えば、アンテナの位置を基準としたアンテナの方位角および仰角である。
【００１１】
アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎは、分散配置されたアンテナ群であり、各々のアンテナは制御装置２に接続されている。制御装置２は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々のビームパターンを制御する。座標測定装置３は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々が含まれる領域の３次元座標を多点測定する装置であり、当該領域にある物体から多数の測定点である点群を測定する。座標測定装置３は、例えば、レーザスキャナである。
【００１２】
アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々は、図２に示すように、送信部１０、受信部１１および駆動部１２を備える。送信部１０は、制御装置２から入力された電気信号（送信信号）を電波に変換し、変換された電波を空間に放射する。受信部１１は、空間から受信された電波を電気信号（受信信号）に変換し、変換された電気信号を制御装置２へ出力する。駆動部１２は、アンテナを駆動させて当該アンテナの位置および姿勢を変化させる。例えば、駆動部１２は、制御装置２から指示された駆動量でアンテナを駆動させることにより、制御装置２から指示されたアンテナの位置および姿勢に変化させる。
【００１３】
制御装置２は、図３に示すように、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎ、演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎおよび駆動量算出部２４を備える。フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎにそれぞれ対応して設けられ、演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎにそれぞれ対応して設けられる。
【００１４】
位置姿勢設定部２０は、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。例えば、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々の大まかな位置および姿勢の値は、ユーザが、メジャー、レーザ測距計あるいは分度器を用いて計測することで取得される。そして、位置姿勢設定部２０は、ユーザによって取得されたアンテナの大まかな位置および姿勢を、当該アンテナに対応するフィルタ部に設定する。
【００１５】
形状モデル入力部２１は、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの既知の形状を表す形状モデルを入力する。形状モデルが表すアンテナの形状は、当該アンテナのビームパターンが所望のパターンになる、アンテナの理想的な位置および姿勢を示すものである。アンテナの理想的な位置および姿勢は、例えば、電磁界シミュレーションを用いて算出される。また、形状モデルでは、複数の面部が組み合わされた形状でアンテナの３次元形状が表現される。
【００１６】
形状モデルは、例えば、ＣＡＤデータのＩＧＥＳフォーマットで記述されたファイルであってもよい。形状モデル入力部２１は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々に対応する形状モデルのファイルを外部装置から読み込んで、読み込んだファイルをフィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎにそれぞれ出力する。
【００１７】
図４は、形状モデル４０を示す図である。図４に示す形状モデル４０は、６つの面部（１）〜（６）によって構成された直方体でアンテナの形状を表している。実施の形態１における形状モデルは、直方体よりも複雑な形状も表現できるが、以降では、説明の簡単のため、アンテナ１−ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）の３次元形状が図４に示す直方体であり、アンテナ１−ｋの形状モデルが形状モデル４０であるものとする。
【００１８】
フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々は、座標測定装置３によって測定された多数の３次元座標の測定点である点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。例えば、フィルタ部２２−１は、座標測定装置３によって測定された点群から、形状モデル入力部２１によって入力された、アンテナ１−１に対応する形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。
【００１９】
演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々は、形状モデルが表すアンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応するフィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、当該点群と当該面部との対応関係を示す第１の対応データを算出する。続いて、演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々は、第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む第１の推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された第１の推定面を第２の推定面として、第２の推定面の境界を算出して外側に拡大する。この後、演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々は、外側に拡大された境界で決まる面部と点群の測定点との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行う。
【００２０】
駆動量算出部２４は、演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々によるフィッティング結果に基づいて各々のアンテナの駆動量を算出し、算出された駆動量を、各々のアンテナが有する駆動部１２に設定する。例えば、駆動量算出部２４は、演算部２３−ｋによるフィッティング結果として、アンテナ１−ｋの形状モデルが示す既知の形状（理想的なアンテナ１−ｋの位置および姿勢を示す形状）と、アンテナ１−ｋの現在の正確な位置および姿勢とを入力し、両者のずれが無くなるようにアンテナ１−ｋの駆動量を算出する。そして、駆動量算出部２４は、算出された駆動量を、アンテナ１−ｋが有する駆動部１２に設定する。駆動部１２は、駆動量算出部２４から設定された駆動量でアンテナ１−ｋを駆動させることで、アンテナ１−ｋは、形状モデルが表す形状に対応したアンテナ１−ｋの位置および姿勢となる。これにより、アンテナ１−ｋのビームパターンが所望のパターンとなる。
【００２１】
次に、実施の形態１に係るレーダ装置の動作について説明する。
位置姿勢設定部２０が、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々に対し、各々のフィルタ部に対応したアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。また、形状モデル入力部２１が、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々に対し、各々のフィルタ部に対応したアンテナの形状モデルを入力する。位置姿勢設定部２０によるアンテナの大まかな位置および姿勢の設定と、形状モデル入力部２１による形状モデルの入力は、どちらが先に実施されてもよく、並行して実施されてもよい。
【００２２】
フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々は、座標測定装置３によって測定された点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。例えば、アンテナ１−１の形状が図４に示した直方体である場合、アンテナ１−１の形状モデルが示す直方体の頂点のｘ座標の最大値をｘｍａｘとし、頂点のｘ座標の最小値をｘｍｉｎとし、ｙ座標の最大値をｙｍａｘとし、頂点のｙ座標の最小値をｙｍｉｎとし、ｚ座標の最大値をｚｍａｘとし、頂点のｚ座標の最小値をｚｍｉｎとする。フィルタ部２２−１は、座標測定装置３によって測定された点群の中から、ｘｍｉｎ≦ｘ≦ｘｍａｘの範囲、ｙｍｉｎ≦ｙ≦ｙｍａｘの範囲およびｚｍｉｎ≦ｚ≦ｚｍａｘの範囲を基準とした３次元座標領域内に含まれる点群を抽出する。なお、３次元座標領域を決定するｘ座標の上記範囲、ｙ座標の上記範囲およびｚ座標の上記範囲には、一定のマージンを持たせてもよい。
【００２３】
また、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々は、位置姿勢設定部２０から設定されたアンテナの大まかな位置および姿勢に基づいて、座標測定装置３から入力された多数の３次元位置座標の測定点である点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された測定点の点群を抽出してもよい。例えば、アンテナ１−ｋの大まかな位置および姿勢の測定誤差がｄｅｌｔａである場合、フィルタ部２２−ｋは、座標測定装置３によって測定された点群から、ｘｍｉｎ−ｄｅｌｔａ≦ｘ≦ｘｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲、ｙｍｉｎ−ｄｅｌｔａ≦ｙ≦ｙｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲およびｚｍｉｎ−ｄｅｌｔａ≦ｚ≦ｚｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲で決定される３次元座標領域に含まれる点群を抽出してもよい。このように、３次元座標領域を決定するｘ座標の上記範囲、ｙ座標の上記範囲およびｚ座標の上記範囲に、ｄｅｌｔａであるマージンを持たせることで、点群が必要以上に限定して抽出されることを防止できる。
【００２４】
フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎの各々による点群の抽出処理には、前述したように、位置姿勢設定部２０から設定されるアンテナの大まかな位置および姿勢を用いない場合もある。この場合、制御装置２は、位置姿勢設定部２０を備えていなくてもよい。
【００２５】
演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々には、各々の演算部に対応するフィルタ部によって抽出された点群が入力され、入力された点群によって形成されるアンテナの形状と形状モデルが表すアンテナの形状とのずれを算出する。例えば、演算部２３−ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）は、フィルタ部２２−ｋによって抽出された点群と、アンテナ１−ｋの形状モデルが表す形状を構成する面部との対応関係を求め、この対応関係に基づいて点群と形状モデルとのフィッティングを行う。これにより、アンテナ１−ｋに設置誤差がない場合、点群によって形成される形状と形状モデルが表す形状とが一致するが、アンテナ１−ｋに設置誤差があれば、形状モデルが表す形状に対して、点群によって形成される形状がずれる。
【００２６】
演算部２３−１，２３−２，・・・，２３−Ｎの各々によるフィッティング結果は、駆動量算出部２４に入力される。駆動量算出部２４は、例えば、演算部２３−ｋによるフィッティング結果として、形状モデルが表す形状に対応するアンテナ１−ｋの理想的な位置および姿勢と、点群によって形成される形状に対応するアンテナ１−ｋの位置および姿勢とのずれを入力する。駆動量算出部２４は、このずれに基づいて、アンテナ１−ｋが理想的な位置および姿勢となるアンテナ１−ｋの駆動量を算出し、算出されたアンテナ駆動量を、アンテナ１−ｋが有する駆動部１２に設定する。駆動部１２は、駆動量算出部２４によって設定された駆動量でアンテナ１−ｋを駆動させることで、アンテナ１−ｋが理想的な位置および姿勢に調整される。
【００２７】
次に、演算部の詳細な動作、すなわち、実施の形態１に係る位置姿勢計測方法について説明する。図５は、実施の形態１に係る位置姿勢計測方法を示すフローチャートである。
演算部２３−ｋは、フィルタ部２２−ｋによって抽出された点群の各測定点から、形状モデルが示す形状を構成する面部（以下、単に、形状モデルの面部と記載する）に引いた垂線を算出する（ステップＳＴ１）。なお、形状モデルが示すアンテナの位置は、ステップＳＴ１においてローカル座標で表されているが、後述するステップＳＴ１０において更新されたアンテナの位置および姿勢に基づいて、グローバル座標に変換される。
【００２８】
図６は、点群、形状モデル４０および形状モデル４０の面部（１）に対して点群の測定点から引いた垂線を示す図である。形状モデル４０が表すアンテナ１−ｋの既知の３次元形状は、前述したように、アンテナ１−ｋのビームパターンが所望のパターンになる理想的な位置および姿勢を示す形状である。実際のアンテナ１−ｋの位置および姿勢は、アンテナの設置誤差によってずれている場合が多い。そこで、演算部２３−ｋは、形状モデル４０の面部（１）に対して点群の測定点から引いた垂線を算出する。なお、１つの測定点から複数の垂線が算出された場合、算出された複数の垂線のうち、長さが最も短い垂線を当該測定点から面部に引かれた垂線とする。
【００２９】
例えば、図６に示すように、演算部２３−ｋは、同じ平面に含まれる多くの測定点ｄ１の各々から面部（１）に引かれた垂線ｐ１を算出することができる。
しかしながら、符号Ａに示すように、測定点ｄ１が存在する平面に含まれないが、面部（１）上にある測定点ｄ２からも垂線ｐ２が誤って算出される場合がある。この場合、面部（１）に対応しない測定点ｄ２が面部（１）と対応関係があると誤って判定される可能性がある。また、形状モデル４０が表す直方体に対して、点群によって形成される形状がずれることで、測定点ｄ１の直下に面部（１）がない場合、符号Ｂに示すように、測定点ｄ１から面部（１）へ垂線が引けない。この場合、面部（１）に対応する測定点ｄ１であるにもかかわらず、測定点ｄ１は面部（１）と対応関係が無いと誤って判定される可能性がある。
【００３０】
演算部２３−ｋは、点群から面部に引かれた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出する（ステップＳＴ２）。例えば、演算部２３−ｋは、点群の測定点と面部との間を１つの垂線で結ぶことができた場合、この点群と面部とが対応関係にあると判断して、これらの対応関係を示す第１の対応データを算出する。図７は、第１の対応データの例を示す図である。図７に示す第１の対応データは、測定点が１〜Ｎ個ある点群と、形状モデル４０が示す直方体の面部（１）〜（６）との対応関係を示している。
【００３１】
図８は、正しい対応関係にある形状モデル４０の面部と点群とを示す図である。また、図９は、形状モデル４０の面部に対して点群が正しい対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。図８に示すように、点群１００は、形状モデル４０の面部（１）に対応し、点群１０１は、形状モデル４０の面部（３）に対応し、点群１０２は、形状モデル４０の面部（６）に対応している。点群と面部の正しい対応関係が求められると、図９に示すように、形状モデル４０の面部（１）〜（６）に対して点群が正しくフィッティングされる。
【００３２】
次に、演算部２３−ｋは、第１の対応データに基づいて、面部（ｉ）に対応する点群を含む第１の推定面を算出する（ステップＳＴ３）。例えば、演算部２３−ｋは、第１の対応データに基づいて面部（ｉ）に対応すると判断された点群から、３つの測定点の座標をランダムに選択し、選択された３つの測定点から第１の推定面を求める。このように３つの測定点を選択することによって、面部を決定する平面のパラメータを全て求めることができる。
【００３３】
続いて、演算部２３−ｋは、第１の推定面が正しいか否かを判定する（ステップＳＴ４）。例えば、演算部２３−ｋは、第１の推定面に対応すると判断された点群の測定点のうち、第１の推定面との距離が閾値以下である測定点の数が、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理の前回の繰り返しまでに求められた上記距離が閾値以下である測定点の数よりも多い場合、第１の推定面が正しいと判定する。なお、繰り返しの初回に求められた第１の推定面は正しいと判定される。また、点群の測定点の測定誤差がσである場合には、閾値は２σ程度の値に設定される。
【００３４】
第１の推定面が正しいと判定された場合（ステップＳＴ４；ＹＥＳ）、演算部２３−ｋは、第１の推定面を第２の推定面とする（ステップＳＴ５）。一方、第１の推定面が正しくないと判定された場合（ステップＳＴ４；ＮＯ）、演算部２３−ｋは、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理に関する終了条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳＴ６）。例えば、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理が一定の繰り返し回数だけ繰り返されたか否かを終了条件とする。
【００３５】
なお、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理には、下記参考文献に記載されるＲＡＮＳＡＣ（ＲＡＮｄｏｍ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）アルゴリズムなどのはずれ値に対してロバストなアルゴリズムを採用してもよい。
（参考文献）Ｍ．  Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ  ａｎｄ  Ａ．  Ｚｉｓｓｅｒｍａｎ，  “Ｒｏｂｕｓｔ  ｏｂｊｅｃｔ  ｔｒａｃｋｉｎｇ”  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ａｓｉａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ，  ｐｐ．  ５８−６２，  １９９５．
【００３６】
上記の終了条件を満たしていない場合（ステップＳＴ６；ＮＯ）、演算部２３−ｋは、ステップＳＴ３からの処理を繰り返し実行する。一方、上記の終了条件を満たした場合（ステップＳＴ６；ＹＥＳ）、演算部２３−ｋは、第２の推定面の境界を算出する（ステップＳＴ７）。図１０は、第２の推定面２００の境界２０１、この境界２０１内の点群１００ａおよび形状モデル４０を示す図である。例えば、演算部２３−ｋは、アルファシェイプアルゴリズムを用いて、点群１００ａを囲む閉曲線として境界２０１を定義することにより、境界２０１を算出する。
【００３７】
続いて、演算部２３−ｋは、第２の推定面２００の境界２０１を外側に拡大する。図１１は、外側に拡大された境界２０１ａ、境界２０１ａ内の点群１００ａおよび形状モデル４０を示す図である。例えば、演算部２３−ｋは、図６の符号Ｂで示したような、第１の対応データを算出できなかったが、本来は面部（１）と対応関係がある測定点が、形状モデル４０の面部（１）に対応する点群に含まれるように、境界２０１を外側に拡大して境界２０１ａを算出する。
【００３８】
次に、演算部２３−ｋは、外側に拡大された境界２０１ａで決まる面に含まれる点群と面部（ｉ）との対応関係を示す第２の対応データを算出する（ステップＳＴ８）。図１２は、外側に拡大された境界２０１ａで決まる面に含まれる点群１００と、形状モデル４０の面部（１）との対応関係を示す図である。例えば、演算部２３−ｋは、フィルタ部２２−ｋによって抽出された点群のうち、境界２０１ａからの距離が閾値以下である測定点の点群１００を選択する。図１２において、境界２０１ａからの距離が超える測定点の点群１０１および点群１０２は選択されない。また、点群１００とは異なる平面上にある測定点ｄ２も選択されない。演算部２３−ｋは、選択された点群１００と面部（１）との対応関係を示す第２の対応データを算出する。なお、点群の測定点の測定誤差がσである場合には、閾値は２σ程度の値に設定される。
【００３９】
この後、演算部２３−ｋは、形状モデル４０の全ての面部についてステップＳＴ２からステップＳＴ８までの処理を実行したか否かを判定する（ステップＳＴ９）。上記処理を実行していない面部がある場合（ステップＳＴ９；ＮＯ）、演算部２３−ｋは、ｉに１を加算してから（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２の処理に戻る。例えば、面部（１）について上記処理が実行され、面部（２）〜（６）について未処理である場合、引き続いて面部（２）について上記処理が実行される。
【００４０】
上記処理が全ての面部について実行された場合（ステップＳＴ９；ＹＥＳ）、演算部２３−ｋは、第２の対応データに基づいて形状モデル４０と点群とのフィッティングを行うことで、形状モデル４０が表す直方体の面部に対して、これに対応する点群が当てはめられて、アンテナ１−ｋの現在の位置および姿勢が更新される（ステップＳＴ１１）。例えば、フィッティングには、非線形最小二乗法を用いて測定点と面部との距離を最小化する方法を採用することができる。
【００４１】
演算部２３−ｋは、フィッティングの終了条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。終了条件を満たさなかった場合（ステップＳＴ１２；ＮＯ）、ステップＳＴ１の処理に戻り、ステップＳＴ１からの一連の処理が繰り返される。一方、終了条件を満たす場合（ステップＳＴ１２；ＹＥＳ）、図５の処理が終了される。これにより、フィッティングの繰り返しが終了される。例えば、今回に実行されたフィッティングの誤差が、直前回に実行されたフィッティングの残差のＸパーセントよりも大きい場合がＭ回続いた場合、フィッティングの繰り返しが終了される。例えば、Ｘを９０とし、Ｍを５とする。このフィッティングの繰り返しによってアンテナ１−ｋの正確な位置および姿勢が求められる。
【００４２】
図１３は、形状モデル４０の面部に対して測定点が誤った対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。演算部２３−ｋが、図５に示すステップＳＴ１、ステップＳＴ２およびステップＳＴ７からステップＳＴ９までの処理を行わずに、点群と面部との対応データを算出すると、アンテナ１−ｋの正しい位置および姿勢を求めることができない。例えば、ステップＳＴ１、ステップＳＴ２およびステップＳＴ７からステップＳＴ９までの処理が実行されなかった場合、図１３に示すように、点群１００と面部（１）との対応関係、点群１０１と面部（３）との対応関係、および点群１０２と面部（６）との対応関係が正しく求まらない。このため、図１３の矢印で示すように、形状モデルに対して点群がずれた状態でフィッティングされる。
【００４３】
次に、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの変形例について説明する。
図１４は、実施の形態１に係るレーダ装置が備えるアンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの変形例の構成を示すブロック図である。図１４に示すアンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎの各々は、送信部１０、受信部１１、駆動部１２、姿勢測定部１３および位置測定部１４を備える。送信部１０、受信部１１および駆動部１２は、図２に示したものと同様に機能する。
【００４４】
姿勢測定部１３は、アンテナの大まかな姿勢を測定する。例えば、姿勢測定部１３は、アンテナの方位角と仰角を０．１度オーダーで測定する。位置測定部１４は、アンテナの大まかな位置を測定する。例えば、位置測定部１４は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）のように、数センチメートルオーダーでアンテナの大まかな位置を測定するシステムであってもよい。
【００４５】
位置姿勢設定部２０は、アンテナ１−ｋが備える姿勢測定部１３からアンテナ１−ｋの大まかな姿勢を入力し、アンテナ１−ｋが備える位置測定部１４からアンテナ１−ｋの大まかな位置を入力して、フィルタ部２２−１，２２−２，・・・，２２−Ｎにアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。
【００４６】
次に、制御装置２の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
図３に示した制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎおよび駆動量算出部２４の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、制御装置２は、図５に示したステップＳＴ１からステップＳＴ１２までの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であってもよい。
【００４７】
図１５Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、第１のインタフェース３００は、アンテナ１−１〜１−Ｎの各々と制御装置２との間における信号のやり取りを中継するインタフェースである。第２のインタフェース３０１は、制御装置２と座標測定装置３との間におけるデータのやり取りを中継するインタフェースである。
【００４８】
処理回路が図１５Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３０２である場合、処理回路３０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎおよび駆動量算出部２４の機能を別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
【００４９】
処理回路が図１５Ｂに示すプロセッサ３０３である場合、制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎおよび駆動量算出部２４の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０４に記憶される。
【００５０】
プロセッサ３０３は、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、制御装置２における、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎおよび駆動量算出部２４の機能を実現する。例えば、制御装置２は、プロセッサ３０３によって実行されるときに、図５に示したフローチャートにおけるステップＳＴ１からステップＳＴ１２までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３０４を備える。これらのプログラムは、演算部２３−１〜２３−Ｎの手順または方法を、コンピュータに実行させる。メモリ３０４は、コンピュータを、演算部２３−１〜２３−Ｎとして機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
【００５１】
メモリ３０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
【００５２】
制御装置２における、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎおよび駆動量算出部２４の機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１および駆動量算出部２４は、専用のハードウェアである処理回路３０２で機能を実現し、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎおよび演算部２３−１〜２３−Ｎは、プロセッサ３０３が、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することができる。
【００５３】
以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置において、形状モデル４０の面部に対応する点群を含む第１の推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された第２の推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と形状モデル４０の面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて、形状モデル４０と点群とのフィッティングを行う。これにより、形状モデル４０が表すアンテナの形状とアンテナから測定された点群との対応関係を正確に求めることができる。
【００５４】
なお、形状モデルが表すアンテナの形状は、レーダ装置が所望の性能を満足するように電磁界シミュレーションによって決定されたアンテナの理想的な位置および姿勢を示している。一方、実環境のアンテナの位置および姿勢は、アンテナの設置誤差によって大凡の値で設定されている。実環境のアンテナを理想的な位置および姿勢に補正するためには、実環境のアンテナの正確な位置および姿勢の計測が必要である。前述したように、実施の形態１に係るレーダ装置は、アンテナの正確な位置および姿勢の計測が可能であるので、アンテナの設置誤差があっても、アンテナを理想的な位置および姿勢に調整することができる。
【００５５】
なお、図１には、座標測定装置３を備えるレーダ装置を示したが、座標測定装置３は、レーダ装置とは別に設けられた装置であってもよい。すなわち、実施の形態１に係るレーダ装置は、アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｎと、座標測定装置３から点群データを取得可能な制御装置２を備えていればよい。
【００５６】
実施の形態２．
図１６は、実施の形態２に係るレーダ装置が備える制御装置２Ａの構成を示すブロック図である。図１６において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ａは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎ、受信信号修正部２５およびレーダ信号処理部２６を備える。
【００５７】
受信信号修正部２５は、演算部２３−１〜２３−Ｎの各々による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって受信されたレーダ信号を修正する。例えば、受信信号修正部２５は、アンテナ１−１〜１−Ｎの各々が有する受信部１１によって受信された複数のレーダ信号を復調し、形状モデルに対する点群のずれに応じてレーダ信号の振幅および位相を修正し、修正された複数のレーダ信号の合成処理を行う。これにより、アンテナの受信ビームパターンを目的のパターンに調整することができる。
【００５８】
レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて目標を観測する。例えば、レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて、目標の位置または速度を算出する。
【００５９】
以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置は、受信信号修正部２５およびレーダ信号処理部２６を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１−１〜１−Ｎを機械的に駆動させずに、受信部１１の受信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの受信性能の劣化を抑制できる。
【００６０】
実施の形態３．
図１７は、実施の形態３に係るレーダ装置が備える制御装置２Ｂの構成を示すブロック図である。図１７において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ｂは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎ、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。
【００６１】
送信信号修正部２７は、演算部２３−１〜２３−Ｎによる形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって送信されるレーダ信号を修正する。例えば、送信信号修正部２７は、送信信号生成部２８によって生成された送信信号の振幅および位相を修正することで、アンテナの送信ビームパターンを目的のパターンに調整することができるので、レーダの送信性能の劣化を抑制できる。
【００６２】
送信信号生成部２８は、アンテナ１−１〜１−Ｎの各々によって送信されるレーダ信号を生成して送信信号修正部２７に出力する。例えば、送信信号生成部２８は、アンテナ１−１〜１−Ｎの各々が理想的な位置および姿勢であるものと仮定し、送信信号として、所望の周波数、波形および位相のレーダ信号を生成する。
【００６３】
以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置は、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１−１〜１−Ｎを機械的に駆動させずに、送信部１０の送信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの送信性能の劣化を抑制できる。
【００６４】
実施の形態４．
図１８は、実施の形態４に係るレーダ装置が備える制御装置２Ｃの構成を示すブロック図である。図１８において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ｃは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２−１〜２２−Ｎ、演算部２３−１〜２３−Ｎ、駆動量算出部２４、受信信号修正部２５、レーダ信号処理部２６、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。
【００６５】
受信信号修正部２５は、演算部２３−１〜２３−Ｎの各々による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって受信されたレーダ信号を修正する。レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて目標を観測する。送信信号修正部２７は、演算部２３−１〜２３−Ｎによる形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって送信されるレーダ信号を修正する。送信信号生成部２８は、アンテナ１−１〜１−Ｎの各々によって送信されるレーダ信号を生成して送信信号修正部２７に出力する。
【００６６】
以上のように、実施の形態４に係るレーダ装置は、駆動量算出部２４、受信信号修正部２５、レーダ信号処理部２６、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１−１〜１−Ｎを機械的に駆動させずに、送信部１０の送信ビームパターンを所望のパターンに調整することができ、受信部１１の受信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの受信性能および送信性能の劣化を抑制できる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係るレーダ装置は、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができるので、目標観測の用途に利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１−１〜１−Ｎ，１−ｋ  アンテナ、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  制御装置、３  座標測定装置、１０  送信部、１１  受信部、１２  駆動部、１３  姿勢測定部、１４  位置測定部、２０  位置姿勢設定部、２１  形状モデル入力部、２２−１〜２２−Ｎ，２２−ｋ  フィルタ部、２３−１〜２３−Ｎ，２３−ｋ  演算部、２４  駆動量算出部、２５  受信信号修正部、２６  レーダ信号処理部、２７  送信信号修正部、２８  送信信号生成部、４０  形状モデル、１００，１００ａ，１０１，１０２  点群、２００  第２の推定面、２０１，２０１ａ  境界、３００  第１のインタフェース、３０１  第２のインタフェース、３０２  処理回路、３０３  プロセッサ、３０４  メモリ。
【図１】
0006861919.tif 000002
【図２】
0006861919.tif 000003
【図３】
0006861919.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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