特許 6268265 レーダ機能学習装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6268265

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】レーダ機能学習装置

(51)【国際特許分類】

   G09B 9/54 20060101AFI20180115BHJP

【ＦＩ】

   G09B9/54

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-215117(P2016-215117)

(22)【出願日】2016年11月2日

【審査請求日】2016年11月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000221155

【氏名又は名称】東芝電波プロダクツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】小原 正樹

(72)【発明者】

【氏名】太田 昌彦

【審査官】 上田 泰

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５０−１４６６５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−２８５７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４５８０２５１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 名和 靖彦 Yasuhiko Nawa，超音波を用いたレーダ原理実験ＩＩ Radar Principal ExperimentsII make use of the Ultrasonic Wave，２０１０年春季第５７回応用物理学関係連合講演会講演予稿集，日本，２０１０年 ３月３１日，PP.18-042

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０９Ｂ １／００−９／５６，１７／００−１９／２６

Ｇ０１Ｓ ７／５２−７／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波センサから放射される超音波ビームを目標物に当ててその超音波ビームの反射波を受信することで、前記目標物の位置をモニタの表示部に表示するレーダ機能学習装置であって、
前記超音波センサから放射される超音波ビームを垂直方向に向ける状態で前記超音波センサを支持する支持部と、
前記超音波センサから放射される超音波ビームの放射方向に配置され、前記超音波ビームを水平方向に反射する反射部材と、を具備し、
前記反射部材は、前記超音波センサから放射される前記超音波ビームのビーム形状を前記超音波ビームの拡開角度が狭い狭角ビームから前記拡開角度が前記狭角ビームよりも広い広角ビームに変更する曲面反射板を有する
レーダ機能学習装置。

【請求項2】

前記曲面反射板は、凸面鏡によって形成されている
請求項１に記載のレーダ機能学習装置。

【請求項3】

前記超音波センサの動作を制御して超音波ビームの送受信を行い前記超音波センサから放射された超音波ビームを前記目標物に当ててその超音波ビームの反射波を受信して前記目標物までの距離を測定し、受信した超音波を増幅、検波し受信ビデオ信号を生成するパルスレーダ実験部と、
前記パルスレーダ実験部を制御し、前記受信ビデオ信号から前記表示部に前記目標物の位置を表示する制御部とを具備する
請求項１に記載のレーダ機能学習装置。

【請求項4】

前記支持部は、垂直方向の回転軸上に前記超音波センサの中心軸を配置する状態で前記超音波センサを保持するセンサ保持部と、
前記曲面反射板の支持アームを固定するアーム固定部を有し、前記曲面反射板を前記中心軸の軸回り方向に回転可能に支持する回転支持機構とを有する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーダ機能学習装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、レーダ機能学習装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からレーダの機能を学習する装置（実習装置）が使用されている。空港監視レーダなどの現場で実際に使用されているレーダ装置の実機では、アンテナから電波を空間に放射し、電波を例えば航空機などの目標物に当ててその電波の反射波を受信する。このとき、その電波の往復時間およびアンテナの指向特性から、距離および方位を探知し、目標物の位置を測る。

【0003】

レーダ装置の実機でアンテナから電波を空間に放射する代わりに従来のレーダ機能学習装置では、例えば教室内で使用するために超音波ビームを使用する。従来のレーダ機能学習装置は、超音波ビームがペンシルビームとなっており、空港監視レーダなどの現場で実際に使用されている１次レーダのファンビームとはそのビーム形状に違いがある。ペンシルビームのビーム形状は、高低角方向、方位角方向が狭い狭角ビームであり、ファンビーム形状は、高低角方向に広がる広角ビームである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のレーダ機能学習装置では、レーダ装置の実機で実際に使用されている１次レーダのファンビームとビーム形状が異なるので、レーダ機能学習装置での学習がレーダ装置の実機の操作とは異なるものとなる。そのため、従来のレーダ機能学習装置では、レーダ装置の実機についての理解が難しく、レーダ機能学習装置での学習によりレーダ装置の実機についての理解がし易くなることが望まれている。

【0005】

また、超音波ビームのビーム形状をペンシルビームからファンビームに変更させるためには、超音波センサをより幅の広い超音波を放射できるものに変更する方法や、超音波センサを垂直方向に直列に複数配置するなどの方法がある。しかしながら、幅の広い超音波を放射できる超音波センサを使用する場合には、超音波センサが高価なものとなる不具合がある。また、超音波センサを垂直方向に直列に複数配置する場合には、複数の超音波センサのデータを合成するなど複雑な演算処理が必要になる。そのため、この場合もレーダ機能学習装置のシステム全体が高価になる可能性がある。

【0006】

実施形態の課題は、超音波センサから放射される超音波ビームのビーム形状をペンシルビームからファンビームへの変更を簡単に実現することができ、レーダ装置の実機についての理解がし易くなるレーダ機能学習装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態のレーダ機能学習装置は、超音波センサから放射される超音波ビームを目標物に当ててその超音波ビームの反射波を受信することで、前記目標物の位置をモニタの表示部に表示する。レーダ機能学習装置は、前記超音波センサから放射される超音波ビームを垂直方向に向ける状態で前記超音波センサを支持する支持部と、前記超音波センサから放射される超音波ビームの放射方向に配置され、前記超音波ビームを水平方向に反射する反射部材と、を具備する。前記反射部材は、前記超音波センサから放射される前記超音波ビームのビーム形状を前記超音波ビームの拡開角度が狭い狭角ビームから前記拡開角度が前記狭角ビームよりも広い広角ビームに変更する曲面反射板を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の全体の概略構成図である。

【図2】図２は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の要部の概略構成を示す斜視図である。

【図3】図３は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の要部の概略構成を示す側面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の要部の概略構成を示す正面図である。

【図5】図５は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１乃至図５は、第１の実施形態を示す。図１は、本実施形態のレーダ機能学習装置１の全体の概略構成図である。図２は、レーダ機能学習装置１の要部の概略構成を示す斜視図である。図３は、レーダ機能学習装置１の要部の概略構成を示す側面図である。図４は、レーダ機能学習装置１の要部の概略構成を示す正面図である。図５は、第１の実施形態のレーダ機能学習装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【0010】

本実施形態のレーダ機能学習装置１は、主に超音波の送受信を行う超音波センサ２と、パルスレーダ実験部３と、制御部４と、レーダスコープ（表示部）５とを有する。超音波センサ２は、図２〜図４に示すように円筒状の支持筒（センサ保持部）６内に挿入された状態で取り付けられている。この支持筒６は、円筒の中心線Ｏを垂直方向に向けた状態で配置されている。超音波センサ２は、超音波の送受信を行う振動面２ａを有する。そして、支持筒６の円筒内に超音波センサ２の振動面２ａが上向きに配置された状態で超音波センサ２が取り付けられている。

【0011】

超音波センサ２からの超音波ビームの放射方向（垂直方向）には、超音波ビームを水平方向に反射する曲面反射板（反射部材）７が設けられている。この曲面反射板７には、支持アーム８の上端部が固定されている。この支持アーム８の下端部は、支持筒６の外周面のアーム固定部９に固定されている。

【0012】

曲面反射板７は、凸面鏡によって形成されている。この曲面反射板７には、図３中で右側に凸形状のわずかに曲率を有する表面が滑らかな凸曲面が形成されている。そして、この曲面反射板７は、超音波センサ２から垂直方向に放射される超音波ビームが当たるように設置されている。

【0013】

超音波センサ２からの超音波ビームをこの曲面反射板７で水平方向に反射させた場合、この曲面反射板７の凸曲面で扇型に広がる適当な拡開角度が与えられる。これにより、超音波センサ２からの超音波ビームのビーム形状を超音波ビームの拡開角度（ビーム幅）が狭い狭角ビーム（ペンシルビーム）からＥＬ（垂直）方向の拡開角度が狭角ビームよりも広い広角ビーム（ファンビーム）に変更することができる。

【0014】

支持筒６の下には円筒状の目盛板１０と、スリップリング保持部１１とが配設されている。スリップリング保持部１１の内部には、図示しないスリップリングが入っている。このスリップリング保持部１１は、曲面反射板７を中心軸Ｏの軸回り方向に回転可能に支持する回転支持機構１２を有する。回転支持機構１２は、図示しない例えばロータリーエンコーダとステッピングモータとを有する。

【0015】

また、曲面反射板７によって水平方向に反射させた超音波ビームの進行方向には、目標物１３が配置されている。この目標物１３は、レーダ装置の実機で実際に使用されている例えば航空機などの疑似目標となる三角板などによって形成されている。

【0016】

パルスレーダ実験部３は、制御部４からの信号により、超音波センサ２の送信ＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。これにより、超音波センサ２からの超音波の送受信を行い、目標物１３までの距離を測定する。さらに、パルスレーダ実験部３は、回転支持機構１２の回転ＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。これにより、曲面反射板７を回転させて全方位の目標物１３を探知する。また、パルスレーダ実験部３は、超音波センサ２で受信した超音波を増幅、検波し、受信ビデオ信号を生成する。

【0017】

制御部４は、例えば、パソコンと、モニタであるレーダスコープ５とを有する。そして、制御部４は、パルスレーダ実験部３を制御する。このとき、目標物１３によりビデオ信号を作成し、疑似的にレーダスコープ５に表示する。

【0018】

次に、上記構成の本実施形態のレーダ機能学習装置１の作用について図５に示すフローチャートを参照して説明する。本実施形態のレーダ機能学習装置１の使用時には、パルスレーダ実験部３は、制御部４からの信号により、超音波センサ２の送信ＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。そして、ａｃｔ１で超音波センサ２の送信ＯＮの状態と判断された場合には、超音波センサ２から超音波ビームが垂直方向に放射される（ａｃｔ２）。この超音波センサ２から垂直方向に放射される超音波ビームは曲面反射板７によって水平方向に反射される。このとき、超音波センサ２からの超音波ビームは、曲面反射板７の凸曲面で扇型に広がる状態で水平方向に反射される。これにより、超音波センサ２からの超音波ビームのビーム形状を超音波ビームの拡開角度（ビーム幅）が狭い狭角ビーム（ペンシルビーム）からＥＬ（垂直）方向の拡開角度が狭角ビームよりも広い広角ビーム（ファンビーム）に変更することができる。

【0019】

また、曲面反射板７によって水平方向に反射させ、水平方向に進行する超音波ビームは、進行方向の目標物１３に当たるとこの目標物１３から反射される（ａｃｔ３）。この目標物１３から反射される超音波ビームの反射波は、超音波センサ２からの放射時と逆の経路を通り、超音波センサ２で受信される（ａｃｔ４）。

【0020】

パルスレーダ実験部３は、超音波センサ２で受信した超音波を増幅、検波し、受信ビデオ信号を生成する（ａｃｔ５）。このビデオ信号は、レーダスコープ５に入力され、レーダスコープ５に目標物１３の位置が疑似的に表示される（ａｃｔ６）。

【0021】

また、レーダ機能学習装置１の動作時には、回転支持機構１２が駆動され、曲面反射板７は、中心軸Ｏの軸回り方向に時計回り方向又は反時計回り方向に３６０°の全周に渡り回転駆動される。これにより、超音波センサ２から垂直方向に放射され、曲面反射板７によって水平方向に反射させた超音波ビームを３６０°の全周に渡り放射させることができる。

【0022】

そこで、上記構成の本実施形態のレーダ機能学習装置１にあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施形態のレーダ機能学習装置１では、超音波センサ２から垂直方向に放射される超音波ビームを水平方向に反射させる曲面反射板７を設け、この曲面反射板７を凸曲面を有する凸面鏡によって形成している。そして、超音波センサ２からの超音波ビームをこの曲面反射板７で水平方向に反射させた場合、この曲面反射板７の凸曲面で扇型に広がる適当な拡開角度が与えられるようにした。これにより、超音波センサ２からの超音波ビームのビーム形状を超音波ビームの拡開角度（ビーム幅）が狭い狭角ビーム（ペンシルビーム）からＥＬ（垂直）方向の拡開角度が狭角ビームよりも広い広角ビーム（ファンビーム）に変更することができる。このように、超音波ビームのビーム形状をファンビーム形状に変更したことで超音波ビームによる目標物１３の捕捉範囲を広げることができ、ＥＬ（垂直）方向の目標探知能力を向上させることができる。

【0023】

そして、水平方向に進行する超音波ビームを進行方向の目標物１３に当ててその超音波ビームの反射波を超音波センサ２で受信することにより、目標物１３の位置をレーダスコープ５に表示する。さらに、レーダ機能学習装置１の動作時には、回転支持機構１２が駆動され、曲面反射板７を時計回り方向又は反時計回り方向に回転させる。これにより、ＥＬ（垂直）方向に広いファンビームを３６０°の全周に渡り放射することができ、全方位の目標物１３を探知することができる。

【0024】

したがって、空港監視レーダなどの現場で実際に使用されているレーダ装置と本実施形態のレーダ機能学習装置１でのビーム形状が同じファンビームになることで、より空港監視レーダなどの現場で実際に使用されているレーダ装置についての理解がし易くなる効果がある。さらに、本実施形態のレーダ機能学習装置１において、ビーム幅の違いにより目標物１３の探知がどのように変化するかを確かめる事が出来るようになる。

【0025】

上記実施形態によれば、超音波センサから放射される超音波ビームのビーム形状をペンシルビームからファンビームへの変更を簡単に実現することができ、レーダ装置の実機についての理解がし易くなるレーダ機能学習装置を提供することができる。

【0026】

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0027】

１…レーダ機能学習装置、２…超音波センサ、２ａ…振動面、３…パルスレーダ実験部、４…制御部、５…レーダスコープ（表示部）、６…支持筒、７…曲面反射板（反射部材）、８…支持アーム、９…アーム固定部、１０…目盛板、１１…スリップリング保持部、１２…回転支持機構、１３…目標物。

【要約】

【課題】 実施形態は、超音波センサから放射される超音波ビームのビーム形状をペンシルビームからファンビームへの変更を簡単に実現することができ、レーダ装置の実機についての理解がし易くなるレーダ機能学習装置を提供することが課題である。
【解決手段】 実施形態のレーダ機能学習装置１は、超音波センサ２から放射される超音波ビームを目標物１３に当ててその反射波を受信することで、目標物１３の位置をレーダスコープ５に表示する。レーダ機能学習装置１は、超音波センサ２から放射される超音波ビームを垂直方向に向ける状態で超音波センサ２を支持する支持アーム８と、超音波センサ２から放射される超音波ビームの放射方向に配置され、超音波ビームを水平方向に反射する反射部材と、を具備する。反射部材は、超音波センサ２から放射される超音波ビームのビーム形状を狭角ビームから広角ビームに変更する曲面反射板７を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】