(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置において、
受信した位置検出用の外来電波に基づいてアンテナ機構部の複数箇所の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の位置検出結果に基づいて前記支持基台に対するアンテナ機構部の相対姿勢を変化させることによりアンテナ機構部の姿勢を修正する姿勢修正部と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置において、
受信した位置検出用の外来電波に基づいてアンテナ機構部の複数箇所の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出結果の所定期間分の履歴に基づいて該位置検出結果を補正する補正部と、
前記補正された位置検出結果に基づいて前記支持基台に対するアンテナ機構部の相対姿勢を変化させることによりアンテナ機構部の姿勢を修正する姿勢修正部と、
を備えるレーダ装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記位置検出結果および前記所定期間分における位置検出結果の履歴を所定の周期関数に近似し、該周期関数の値として補正値を算出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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置に関し、特に、アンテナ機構部の姿勢の検出および補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図６を参照して船舶５０に固定設置されたレーダ装置５２について説明する。図６は、該従来のレーダ装置５２による海上での探知の様子を示す図である。このようなレーダ装置５２では、船舶５０が波の動きに応じて揺動して探知ビームの放射方向が上下し、その探知可能範囲および探知感度が変動し、目標物例えば他船５４が捕捉不能となることがある。このような問題への対策を講じたレーダ装置として、従来より、アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置が知られている。この種のレーダ装置は、例えばジャイロを備えて鉛直方向を検出し、該検出された鉛直方向を基準としてアンテナ機構部の姿勢を制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来装置では、ジャイロを備える分、装置全体が高価となり、また装置構成が複雑化かつ大型化してしまうという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明にかかるレーダ装置は、アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置において、受信した位置検出用の外来電波に基づいてアンテナ機構部の複数箇所の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の位置検出結果に基づいて前記支持基台に対するアンテナ機構部の相対姿勢を変化させることによりアンテナ機構部の姿勢を修正する姿勢修正部と、を備える。このような構成によれば、ジャイロを用いることなく、より安価かつより簡素な構成でアンテナ機構部の姿勢制御を行うことができる。
【０００５】
また本発明にかかるレーダ装置は、アンテナ機構部が支持基台に姿勢変更自在に支持されるレーダ装置において、受信した位置検出用の外来電波に基づいてアンテナ機構部の複数箇所の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出結果の所定期間分の履歴に基づいて該位置検出結果を補正する補正部と、前記補正された位置検出結果に基づいて前記支持基台に対するアンテナ機構部の相対姿勢を変化させることによりアンテナ機構部の姿勢を修正する姿勢修正部と、を備える。このような構成によれば、過去のアンテナ機構部あるいは支持基台の位置変化の履歴に基づいて姿勢検出結果を補正するので、より精度よくアンテナ機構部の姿勢制御を行うことができる。
【０００６】
また本発明では、前記補正部は、前記位置検出結果および前記所定期間分における位置検出結果の履歴、または、前記姿勢修正量および前記所定期間分における姿勢修正量の履歴を、所定の周期関数に近似し、該周期関数の値として補正値を算出するのが好適である。このような構成によれば、例えば海上の船舶用レーダ装置等のように、支持基台あるいはアンテナ機構部の位置が周期的に変化する環境下において、より精度よくアンテナ機構部の姿勢制御を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるレーダ装置の概略構成図、図２は、該レーダ装置のブロック図、また図３は、該レーダ装置においてアンテナ機構部の傾斜姿勢を示す図（ｑ軸から見た図）である。
【０００８】
本実施形態にかかるレーダ装置１０は、所定の周期で回転する回転式のアンテナ１２を含むアンテナ機構部１４を備える。アンテナ１２は、アンテナ機構部１４の軸１６に軸支されて周回しながら探知ビームを送信し、周辺の物体で反射した探知ビームを受信することにより、これら物体を探知する。
【０００９】
アンテナ機構部１４は支持基台１８にその姿勢を変更自在に支持される。より具体的には、このレーダ装置１０は、支持基台１８に回動自在に支持される例えば枠状の第一の支持台２０と、該第一の支持台２０に回動自在に支持される第二の支持台２２とを備え、該第二の支持台２２上にアンテナ機構部１４を備える。これら第一の支持台２０の回動軸（以下ｐ軸とする）および第二の支持台２２の回動軸（以下ｑ軸とする）の軸方向は、それぞれ、支持基台１８の水平姿勢時において水平方向に向けられる。また、これらｐ軸およびｑ軸は互いに交叉する方向（例えば直交する方向）に設けられており、ｐ軸における第一の支持台２０の回動角度θｐとｑ軸における第二の支持台２２の回動角度θｑとを制御することにより、アンテナ機構部１４の支持基台１８に対する相対姿勢を制御することができる。
【００１０】
これら第一の支持台２０および第二の支持台２２は、回動角度を調整可能な回動機構２４（２４ｐ，２４ｑ；例えばサーボモータ等）によりそれぞれ回動される。制御部２６（例えばＣＰＵ）は、検出されたアンテナ機構部１４の支持基台１８に対する相対姿勢を所定の姿勢（例えばアンテナ１２の回転面が水平となる姿勢等）に修正するよう姿勢修正量を算出し、回動機構２４は、該姿勢修正量に従って、第一の支持台２０および第二の支持台２２をそれぞれ回動させる。すなわちこの回動機構２４は姿勢修正部に相当する。
【００１１】
姿勢修正量は、アンテナ機構部１４の複数箇所例えば三箇所の検出位置に基づいて、換言すればアンテナ機構部１４の検出姿勢に基づいて算出される。これら各検出位置は、位置検出部２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）により検出される。位置検出部２８（例えばＧＰＳ検出器）は、例えば第二の支持台２２に、アンテナ１２の回転面と平行な面上に設けられ、受信した位置検出用の外来電波（例えばＧＰＳ電波）から絶対座標系例えばＧＰＳ座標系における自身の所在位置を検出する。
【００１２】
本実施形態では、アンテナ機構部１４すなわち第二の支持台２２を水平姿勢（アンテナ１２の回転面が水平となる姿勢）に保持するため、姿勢修正量は、アンテナ機構部１４すなわち第二の支持台２２の水平姿勢への修正量として算出される。制御部２６における姿勢修正量の算出の一例を図３を参照して説明する。各位置検出部２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）による検出位置をそれぞれＨａ，Ｈｂ，Ｈｃ、位置検出部２８ａおよび２８ｂ間の距離をＬｐ、位置検出部２８ｂおよび２８ｃ間の距離をＬｑ（ただし、各距離Ｌｐ，Ｌｑは、それぞれ回動軸ｐおよびｑに垂直な方向の成分）、位置検出部２８ａおよび２８ｂ間の検出位置（高度）の差分をΔＨａｂ（＝Ｈｂ−Ｈａ）、位置検出部２８ｂおよび２８ｃ間の検出位置の差分をΔＨｂｃ（＝Ｈｃ−Ｈｂ）、回動軸ｐにおける第二の支持台２２（および第一の支持台２０）の水平姿勢に対する角度差をΔθｐ、また回動軸ｑにおける第二の支持台２２の水平姿勢に対する角度差をΔθｑ、とすると、図３から明らかなように、これらパラメータの間には、
ΔＨａｂ＝Ｌｐ・ｓｉｎΔθｐ  ・・・  （１．１）
ΔＨｂｃ＝Ｌｑ・ｓｉｎΔθｑ  ・・・  （１．２）
の関係が成立する。本実施形態では、回動機構２４は、各回動軸ｐおよびｑでアンテナ機構部１４を回動させることができるので、支持基台１８の水平姿勢に対する姿勢変動分すなわち前記角度差Δθｐ，Δθｑの分、アンテナ機構部１４を支持基台１８に対して各軸で逆方向に回動させればアンテナ機構部１４を水平姿勢に修正することができる。すなわち制御部２６は、姿勢修正量Δθｍｐ，Δθｍｑを、検出位置に基づいて、
Δθｍｐ＝−Δθｐ＝−ａｒｃｓｉｎ（ΔＨａｂ／Ｌｐ）  ・・・  （２．１）
Δθｍｑ＝−Δθｑ＝−ａｒｃｓｉｎ（ΔＨｂｃ／Ｌｑ）  ・・・  （２．２）
として算出する。ここに、ａｒｃｓｉｎ（）は、正弦関数ｓｉｎ（）の逆関数である。
【００１３】
なお、位置検出精度および姿勢修正精度を向上させるためには、姿勢変化がより顕著な変化として検出されるのが望ましい。このため、本実施形態では、各位置検出部２８を回動軸ｐ，ｑの両側に、また第二の支持部２２の端部に配置して、前記距離Ｌｐ，Ｌｐ２をなるべく大きな値とし、これにより、姿勢変化に対する検出位置の差分値（ΔＨａｂ，ΔＨｂｃ）がより大きな値として検出されるよう構成している。
【００１４】
本発明の第二の実施形態について図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態にかかるレーダ装置１１のブロック図を、また図５は、該レーダ装置における位置検出値の補正を示す説明図である。
【００１５】
本実施形態にかかるレーダ装置１１では、例えば制御部２６内に、位置検出結果または姿勢修正量を補正する補正部３０と、位置検出結果または該補正部３０により補正された位置検出結果に基づいて姿勢修正量を算出する姿勢修正量算出部３２とを備える。回動機構２４は、姿勢修正量算出部３２により算出された姿勢修正量、またはさらに補正部３０によって補正された姿勢修正量に基づいて姿勢を修正する。また、本実施形態にかかるレーダ装置１１は、位置検出結果、姿勢修正量、またはその補正値を記憶する記憶部３４を備える。該レーダ装置１１は、これらの点で第一および第二の実施形態にかかるレーダ装置１０と異なるが、支持基台１８、第一の支持台２０、第二の支持台２２および回動機構２４の構造は第一の実施形態と全く同様の構成を備える。このため、同様の構成については符号を同じとし、その詳細な説明を省略する。
【００１６】
補正部３０は、位置検出結果（例えば上記Ｈａ，Ｈｂ，ΔＨａｂ，ΔＨｂｃ等）および／または前記アンテナ機構部の姿勢修正量（例えば上記Δθｐ，Δθｑ等）の所定期間分の履歴に基づいてこれらを補正する。過去の所定期間分の前記各値またはそれらの補正値が履歴として記憶部３４（例えばＲＯＭまたはＲＡＭ等）に格納され、補正部３０は、この履歴に基づいて補正を行う。
【００１７】
この補正は、所定の関数へ近似することにより行うのが好適である。近似関数としては、周期関数（例えば正弦関数等）等を用いることができる。これにより、例えば海上の船舶用レーダ装置等のように、支持基台あるいはアンテナ機構部の位置および姿勢が周期的に変化する環境下において、より精度よくアンテナ機構部の姿勢制御を行うことができる。
【００１８】
ここで、図５を参照して、位置検出結果を、前記所定期間分における各値をそれぞれ正弦関数（ｓｉｎ関数）に近似して算出した値に補正する一例について説明する。図５において横軸は時間ｔ、縦軸は位置検出値Ｈを示す。この近似関数は例えば、Ｈ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と記述することができる。ここに、Ｈ（ｔ）：近似関数、Ａ：近似関数の振幅、ω：近似関数の角速度、α：近似関数の進角である。例えば最小自乗法等により、過去の所定期間Ｔｐ分の位置検出値（Ｈｐ１，Ｈｐ２，・・・，Ｈｐｎ−１）および最新の位置検出値（Ｈｐｎ）からの誤差が最も小さくなる上記各係数（Ａ，ω，α）を取得し、補正値Ｈ（ｒ）を算出する。なお、姿勢修正量に対しても同様にその補正値を算出することができる。
【００１９】
このような補正を、位置検出結果（若しくはその補正値）または姿勢修正量（若しくはその補正値）のうちのいずれか一方または双方に対して行うことができる。位置検出結果に対して補正を行った場合には、レーダ装置の全体的な運動の変化を反映させることが可能となり、また、姿勢修正量に対して補正を行った場合には、レーダ装置の姿勢変化（例えばピッチ方向あるいはロール方向の運動の変化等）を反映させることが可能となるため、より精度よく姿勢の修正を行うことができる。
【００２０】
また、上記補正値Ｈｒを、最新の位置検出結果（Ｈｐ）の取得時点（ｔ＝ｔｐ）から所定時間（δｔ；補償時間）後の時点（ｔ＝ｔｒ）での値として算出することにより、位置検出部２８で外来電波を受信してから補正値が算出されるまで（特に位置検出部２８において外来電波を受信してから位置検出結果が出力されるまで）の時間遅れ（δｔ）を補償することができる。なお、上記所定期間Ｔｐおよび補償時間δｔは記憶部３４に格納され、図示しない入力部からの操作により適宜変更自在とするのが好適である。このようにすれば、位置検出部２８の性能に応じて適した値を設定し、より精度よく姿勢修正を行うことができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態には限定されない。上記実施形態では姿勢修正部として回動機構を備えたが、これには限られず、例えば複数（例えば三つ）の昇降機構を備える等、他の構成を備えてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態において、回動機構２４による回動角を検出する回動角検出部（例えばロータリエンコーダ等）を備え、制御部２６が、該検出された回動角に基づいて姿勢修正部（回動機構２４）の制御を行うようにしてもよい。また、上記実施形態において、複数種類の近似関数（例えば三角関数、指数関数等）に対して所定期間の履歴に対する誤差を計算し、この誤差が最小となる近似関数の値として補正値を算出してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ジャイロを用いることなくアンテナ機構部の姿勢制御を行うことができるので、姿勢制御装置ひいては該姿勢制御装置を搭載したレーダ装置をより安価、簡素また小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施形態にかかるレーダ装置の概略構成図である。
【図２】  本発明の第一の実施形態にかかるレーダ装置のブロック図である。
【図３】  本発明の第一の実施形態にかかるレーダ装置のアンテナ機構部の傾斜姿勢（ｑ軸における傾斜姿勢）を示す説明図である。
【図４】  本発明の第二の実施形態にかかるレーダ装置のブロック図である。
【図５】  本発明の第二の実施形態にかかるレーダ装置における関数近似による位置検出値の補正を示す説明図である。
【図６】  船舶に固定設置された従来のレーダ装置を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１  レーダ装置、１２  アンテナ、１４  アンテナ機構部、１８  支持基台、２４  回動機構（姿勢修正部）、２６  制御部、２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）  位置検出部、３０  補正部。
【図１】
0003842034.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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