特許 6553335 送受信装置、およびレーダ計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6553335

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】送受信装置、およびレーダ計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/90 20060101AFI20190722BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/90

   G01S7/02 212

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-134579(P2014-134579)

(22)【出願日】2014年6月30日

(65)【公開番号】特開2016-11921(P2016-11921A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017年4月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000752

【氏名又は名称】特許業務法人朝日特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 貴裕

(72)【発明者】

【氏名】大泉 拓

(72)【発明者】

【氏名】木村 章紘

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５１２１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２６５１１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０９１０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８００２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００９１９６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２７３５０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００−７／４２、１３／００−１３／９５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の移動方向と交差する方向に直線上に並べて配置された複数の送信アンテナと１つの受信アンテナとを有し、前記複数の送信アンテナ及び前記受信アンテナを保持する基部に対して、前記受信アンテナの位置を前記交差する方向に移動させ、前記複数の送信アンテナから順次選択した送信アンテナにより前記対象物にマイクロ波を送信し、前記受信アンテナが受信した該マイクロ波の反射波に応じた信号を合成開口レーダ方式で前記対象物の形状を計測する装置に出力する送受信装置。

【請求項2】

１つの送信アンテナと対象物の移動方向と交差する方向に直線上に並べて配置された複数の受信アンテナとを有し、前記送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナを保持する基部に対して、前記送信アンテナの位置を前記交差する方向に移動させ、前記送信アンテナにより前記対象物にマイクロ波を送信し、前記複数の受信アンテナのうち順次選択される受信アンテナが受信した該マイクロ波の反射波に応じた信号を合成開口レーダ方式で前記対象物の形状を計測する装置に出力する送受信装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の送受信装置と、
前記送受信装置が備える前記受信アンテナから前記マイクロ波に応じた信号を取得して前記対象物の形状を計測する計測装置と、を備えることを特徴とするレーダ計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小規模な領域に対して合成開口レーダを適用した送受信装置およびレーダ計測システムの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

合成開口レーダを適用して対象物の形状を計測する技術が開発されている。特許文献１には、フェーズドアレイアンテナが搭載された移動体の移動に伴ってそのビーム方向を電子的に制御しながら画像を取得する合成開口レーダ装置を試験する合成開口レーダ試験装置が記載されている。この合成開口レーダ試験装置は、飛行機における飛行経路のシナリオなど、移動体の模擬の移動情報に基づいて合成開口レーダ装置で受信される信号を模擬した試験信号を合成開口レーダ装置に向けて放射し、この移動情報に基づいて合成開口レーダ装置のフェーズドアレイアンテナを回転させて、試験信号発生部からフェーズドアレイアンテナまでの間の試験信号の伝搬距離に基づいてフェーズドアレイアンテナのバイアス移相量を設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１０１２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の技術は、地形などの大規模な領域を走査するものであり、室内における所有物や服飾品などを対象物として小規模な領域を走査するものではない。
また、大規模な領域を走査するための合成開口レーダの技術を、小規模な領域にそのまま適用させると、アンテナビームを複数回数にわたって往復走査する必要があり、走査時間およびアンテナサイズが増大し、かつ、ビーム制御が必要となってコストを増加させることになる。

【0005】

本発明は、合成開口レーダ方式により小規模な領域内に存在する対象物の形状を計測することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するため、本発明は、対象物の移動方向と交差する方向に直線上に並べて配置された複数の送信アンテナと１つの受信アンテナとを有し、前記複数の送信アンテナ及び前記受信アンテナを保持する基部に対して、前記受信アンテナの位置を前記交差する方向に移動させ、前記複数の送信アンテナから順次選択した送信アンテナにより前記対象物にマイクロ波を送信し、前記受信アンテナが受信した該マイクロ波の反射波に応じた信号を合成開口レーダ方式で前記対象物の形状を計測する装置に出力する送受信装置を、第１の態様として提供する。

【0009】

第１の態様の送受信装置によれば、合成開口レーダ方式により小規模な領域内を移動する対象物の形状を計測することができ、かつ、送信アンテナを移動させなくても、順次選択する方向に送信アンテナの位置を変化させることができる。

【0010】

また、本発明は、１つの送信アンテナと対象物の移動方向と交差する方向に直線上に並べて配置された複数の受信アンテナとを有し、前記送信アンテナ及び前記複数の受信アンテナを保持する基部に対して、前記送信アンテナの位置を前記交差する方向に移動させ、前記送信アンテナにより前記対象物にマイクロ波を送信し、前記複数の受信アンテナのうち順次選択される受信アンテナが受信した該マイクロ波の反射波に応じた信号を合成開口レーダ方式で前記対象物の形状を計測する装置に出力する送受信装置を、第２の態様として提供する。

【0011】

第２の態様の送受信装置によれば、合成開口レーダ方式により小規模な領域内を移動する対象物の形状を計測することができ、かつ、受信アンテナを移動させなくても、順次選択する方向に受信アンテナの位置を変化させることができる。

【0026】

また、本発明は、上述の送受信装置と、前記送受信装置が備える前記受信アンテナから前記マイクロ波に応じた信号を取得して前記対象物の形状を計測する計測装置と、を備えるレーダ計測システムを、第３の態様として提供する。

【0027】

第３の態様のレーダ計測システムによれば、合成開口レーダ方式により小規模な領域内を移動する対象物の形状を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係るレーダ計測システム９の主要構成を示す図。

【図2】送受信装置１の構成および動作を示す図。

【図3】送受信装置１の機能的構成を示す図。

【図4】変形例に係る送受信装置１ａの構成および動作を示す図。

【図5】変形例に係る送受信装置１ｂの構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

１．実施形態
１−１．レーダ計測システムの全体構成
以下、本発明の一実施形態に係るレーダ計測システム９を説明する。図において、レーダ計測システム９の各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。図に示す座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

【0030】

図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ計測システム９の主要構成を示す図である。レーダ計測システム９は、送受信装置１を有するほか、図１に示す例では、計測装置２を有する。送受信装置１と計測装置２とは、信号を遣り取りするためのケーブル３で接続されている。

【0031】

図２は、送受信装置１の構成および動作を示す図である。また、図３は、送受信装置１の機能的構成を示す図である。送受信装置１は、基部１３と、アーム１０と、アンテナ１２とを有する。また、送受信装置１は、図２および図３で示すように、移動部１４、スイッチ群１５、および制御部１１を有する。

【0032】

基部１３は、アーム１０、およびこのアーム１０に取り付けられた複数のアンテナ１２を保持する。また基部１３は、内部に制御部１１や移動部１４などを収容する。基部１３の上方向、すなわち、＋ｚ方向には、基部１３の長手方向であるｙ軸方向に伸びる長穴１３０が設けられており、この長穴１３０から上方向に向けてアーム１０が突出している。アーム１０には、複数のアンテナ１２がｚ軸方向に沿った配列方向Ｄ２に並んで設けられている。図１および図２に示す例において、アーム１０には、９個のアンテナ１２が配列方向Ｄ２に配列している。アーム１０において、これらのアンテナ１２は、いずれも＋ｘ方向を向いている。

【0033】

複数のアンテナ１２には、それぞれ１つずつ送信アンテナ１２１および受信アンテナ１２２が設けられている。各アンテナ１２の中において、送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２とは決められた位置にそれぞれ固定されている。そのため、アーム１０が移動するときにおいても、送信アンテナ１２１および受信アンテナ１２２は、決められた位置関係を維持する。

【0034】

送信アンテナ１２１は、制御部１１の制御の下、基部１３の＋ｘ方向の領域に静止状態で存在する対象物に対して、マイクロ波を送信する。受信アンテナ１２２は、制御部１１の制御の下、送信アンテナ１２１から送信され対象物に反射したマイクロ波（反射マイクロ波という）を受信する。また、受信アンテナ１２２は反射マイクロ波を受信すると、制御部１１の制御の下、この反射マイクロ波に応じた信号を計測装置２に出力する。

【0035】

アーム１０は、下方、すなわち、−ｚ方向の端部を移動部１４に支持されている。移動部１４は、図２に示すように、例えば、基部１３の内部においてｘ軸方向に沿った軸を有し、ｙ軸方向に並べられた２つのロールと、これら２つのロールに架け渡されたベルトとを有する。また、移動部１４は、モータなどの動力源を有する（いずれも図示せず）。なお、ベルトはチェーンであってもよいし、他の部材であってもよい。

【0036】

モータなどの動力を受けて、２つのロールの少なくとも一方が軸を中心にして回転すると、ｙ軸方向に架け渡されたベルトが周回する。ベルトが周回すると、このベルトに支持されたアーム１０がｙ軸方向に沿った移動方向Ｄ１に並進移動する。

【0037】

図３に示すスイッチ群１５は、アーム１０に配置された複数のアンテナ１２にそれぞれ電力を供給するスイッチを有する。スイッチ群１５は、或る瞬間において複数のアンテナ１２のうち、１つのみに電力が供給されるように、制御部１１によって制御される。すなわち、スイッチ群１５が有する複数のスイッチのうち、同時に２つ以上が閉（オン状態）になることはない。

【0038】

制御部１１は、送受信装置１の各部の動作を制御する手段である。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を備え、これら記憶装置に記憶されたプログラムを実行する。

【0039】

また、制御部１１は、上述のプログラムを実行することにより、移動制御部１１１、選択部１１２、および出力部１１３として機能する。

【0040】

移動制御部１１１は、決められたタイミングでアーム１０が基部１３上の所定の位置を通過するように制御信号を送って移動部１４を制御する。移動制御部１１１が移動部１４を制御することにより、移動部１４は、基部１３に対して、送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２の両方の位置を、互いの位置関係を維持しながら移動させる。すなわち、移動部１４は、本発明における移動手段の一例である。

【0041】

選択部１１２は、移動制御部１１１と連動して、スイッチ群１５に制御信号を送り、複数のアンテナ１２のうち１つのアンテナ１２を配列方向Ｄ２に沿って順次選択する。選択部１１２により選択されたアンテナ１２には電力が供給され、このアンテナ１２に含まれる送信アンテナ１２１および受信アンテナ１２２は機能する。すなわち、選択されたアンテナ１２に含まれる送信アンテナ１２１は、対象物に向けてマイクロ波を送信する。そして、選択されたアンテナ１２に含まれる受信アンテナ１２２は、対象物に反射した反射マイクロ波を受信して、この反射マイクロ波に応じた信号を制御部１１に送る。

【0042】

出力部１１３は、受信アンテナ１２２から送られた信号を、ケーブル３を介して接続された計測装置２に出力する。計測装置２は、出力部１１３によって決められた期間にわたって出力された信号をそれぞれ取得して、これらの信号が示す反射マイクロ波の強度、およびこれらの反射マイクロ波を反射したときのアンテナ１２の各位置などを用いて合成開口レーダ方式により、対象物においてマイクロ波が反射した点の位置をそれぞれ特定し、特定した点を組み合わせることにより、この対象物の形状を計測する。

【0043】

この構成により、送受信装置１は、配列方向Ｄ２（ｚ軸方向）に沿ってアンテナ１２を順次選択し、移動方向Ｄ１（ｙ軸方向）に沿ってアンテナ１２が取り付けられたアーム１０を並進移動させるので、移動方向Ｄ１と配列方向Ｄ２とを組み合わせることにより、アンテナ１２の軌道または移動経路または移動経路は図２に示す範囲Ａを網羅する。

【0044】

したがって、アンテナ１２の切り替え速度およびアーム１０の移動速度を調節することにより、送受信装置１は、図２に示すｙｚ平面上の範囲Ａから＋ｘ方向に向かう空間を走査することができる。そして、少なくとも配列方向Ｄ２については、送信アンテナと受信アンテナの組を電気的に切り替えることにより走査を行うため、走査時間が短縮される。つまり、レーダ計測システム９は、合成開口レーダ方式により上記の空間のような小規模な領域内に存在する対象物の形状を計測することができる。

【0045】

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

【0046】

２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

【0047】

２−１．変形例１
上述した実施形態において、アーム１０のｚ軸方向に沿った配列方向Ｄ２に配列された複数のアンテナ１２が順次選択され、かつ、アーム１０がｙ軸方向に沿った移動方向Ｄ１に並進移動させられることにより、送受信装置１は、図２に示すｙｚ平面上の範囲Ａから＋ｘ方向に向かう空間を走査していたが、送受信装置１が走査し得る範囲はこれに限られない。

【0048】

図４は、この変形例に係る送受信装置１ａの構成および動作を示す図である。送受信装置１ａは、送信アンテナ１２１ａおよび受信アンテナ１２２ａをそれぞれ含む複数のアンテナ１２ａ、この複数のアンテナ１２ａが取り付けられたアーム１０ａ、このアーム１０ａを回転運動させる移動部１４ａ、および移動部１４ａを収容する基部１３ａを有する。

【0049】

アーム１０ａは、軸Ｏによって図４に示す回転方向Ｄ３に回転可能な状態で支えられている。移動部１４ａは、アーム１０ａに動力を伝える。移動部１４ａは、図示しない制御部１１ａにより制御され、決められたタイミングで基部１３ａ上の所定の位置を通過するようにアーム１０ａを回転運動させる。

【0050】

また、アーム１０ａには、配列方向Ｄ４に沿って複数のアンテナ１２ａが配列されており、図示しない制御部１１ａにより、これらのうち１つのアンテナ１２ａが配列方向Ｄ４に沿って順次選択され機能する。配列方向Ｄ４は、軸Ｏを中心としてｙｚ平面を放射状に伸びる方向であるから、回転方向Ｄ３と組み合わせることにより、アンテナ１２ａの軌道または移動経路は図４に示す範囲Ｂを網羅する。選択されたアンテナ１２ａに含まれる送信アンテナ１２１ａからはマイクロ波が送信され、対象物に反射した反射マイクロ波は、選択されたアンテナ１２ａに含まれる受信アンテナ１２２ａにより受信される。

【0051】

したがって、アンテナ１２ａの切り替え速度およびアーム１０ａの回転速度を調節することにより、送受信装置１ａは、図４に示すｙｚ平面上の範囲Ｂから＋ｘ方向に向かう空間を走査することができる。

【0052】

２−２．変形例２
上述した実施形態において、移動部１４は、基部１３に対して、送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２の両方の位置を、互いの位置関係を維持しながら移動させていたが、基部１３に対して、送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２の少なくとも一方の位置を移動させればよい。

【0053】

２−３．変形例３
上述した実施形態において、アーム１０は、複数のアンテナ１２を有しており、各アンテナ１２は、それぞれ１組の送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２とを有していたが、複数のアンテナ１２は、１つずつ送信アンテナ１２１のみを有していてもよい。この場合、これら複数の送信アンテナ１２１のうち順次選択される１の送信アンテナ１２１が対象物に向けてマイクロ波を送信し、例えばアーム１０に取り付けられた１つの受信アンテナ１２２が、この送信アンテナ１２１から送信され対象物に反射した反射マイクロ波を受信すればよい。

【0054】

２−４．変形例４
また、複数のアンテナ１２は、１つずつ受信アンテナ１２２のみを有していてもよい。この場合、例えばアーム１０に取り付けられた１つの送信アンテナ１２１が、対象物に向けてマイクロ波を送信し、これら複数の受信アンテナ１２２のうち順次選択される１の受信アンテナ１２２がマイクロ波を受信すればよい。

【0055】

２−５．変形例５
上述した実施形態において、送信アンテナ１２１は、基部１３の＋ｘ方向の領域に静止状態で存在する対象物に対して、マイクロ波を送信していたが、対象物は移動していてもよい。例えば、対象物は、ベルトコンベアなどに載せられて決められた方向（例えばｙ軸方向）に移動してもよい。この場合、移動部１４は、送信アンテナ１２１と受信アンテナ１２２の少なくとも一方を、この対象物の移動方向と交差する方向、例えば、ｚ軸方向などに移動させればよい。

【0056】

２−６．変形例６
上述した実施形態において、アーム１０には、複数のアンテナ１２がｚ軸方向に沿った配列方向Ｄ２に並んで設けられていたが、複数のアンテナは、ｚ軸方向だけでなく、ｚ軸方向に直交するｙ軸方向にも並んで設けられていてもよい。すなわち、複数のアンテナは、ｙｚ平面上に固定配置されていてもよい。

【0057】

図５は、この変形例に係る送受信装置１ｂの構成を示す図である。図５に示す複数のアンテナ１２ｂは、ｚ軸方向に９行、ｙ軸方向に８列、計７２個がｚｙ平面上に沿って配置されたアーム１０ｂの面上に格子状に固定配置されている。各アンテナ１２ｂは、図示しない制御部の制御により、ｚ軸方向およびｙ軸方向のいずれか一方を主走査方向として、他方を副走査方向として、順次選択される。選択されたアンテナ１２ｂによるマイクロ波の送受信の位置は、走査が一巡することにより図５に示す範囲Ｃを網羅する。

【0058】

各アンテナ１２ｂは、送信アンテナ１２１ｂと受信アンテナ１２２ｂとを有する。したがって、アーム１０ｂは、面上に固定配置され各々がマイクロ波を送信する複数の送信アンテナ１２１ｂと、面上に固定配置され各々がマイクロ波を受信する複数の受信アンテナ１２２ｂとを備える。

【0059】

この場合、複数の受信アンテナ１２２ｂから順次選択される１の受信アンテナ１２２ｂは、複数の送信アンテナ１２１ｂから順次選択される１の送信アンテナ１２１ｂから送信され対象物に反射したマイクロ波を受信する。そして、このマイクロ波を受信した受信アンテナ１２２ｂは、合成開口レーダ方式によりこのマイクロ波に応じた信号を対象物の形状を計測する装置に出力すればよい。

【0060】

２−７．変形例７
上述した変形例６において、アーム１０ｂは、複数のアンテナ１２ｂを有しており、各アンテナ１２ｂは、それぞれ１組の送信アンテナ１２１ｂと受信アンテナ１２２ｂとを有していたが、複数のアンテナ１２ｂは、１つずつ送信アンテナ１２１ｂのみを有していてもよい。この場合、これら複数の送信アンテナ１２１ｂのうち順次選択される１の送信アンテナ１２１ｂが対象物に向けてマイクロ波を送信し、例えばアーム１０ｂに取り付けられた１つの受信アンテナ１２２ｂが、この送信アンテナ１２１ｂから送信され対象物に反射した反射マイクロ波を受信すればよい。

【0061】

２−８．変形例８
また、上述した変形例６において、複数のアンテナ１２ｂは、１つずつ受信アンテナ１２２ｂのみを有していてもよい。この場合、例えばアーム１０ｂに取り付けられた１つの送信アンテナ１２１ｂが、対象物に向けてマイクロ波を送信し、これら複数の受信アンテナ１２２ｂのうち順次選択される１の受信アンテナ１２２がマイクロ波を受信すればよい。

【0062】

２−９．変形例９
上述した変形例７および変形例８において、対象物は移動していてもよい。例えば、対象物は、ベルトコンベアなどに載せられてｙ軸方向に移動してもよい。この場合、送信アンテナ１２１ｂまたは受信アンテナ１２２ｂを１つずつ有する複数のアンテナ１２ｂは、この対象物の移動方向と交差する方向、例えば、ｚ軸方向などに並べて配置されていればよい。

【符号の説明】

【0063】

１…送受信装置、１０…アーム、１１…制御部、１１１…移動制御部、１１２…選択部、１１３…出力部、１２…アンテナ、１２１…送信アンテナ、１２２…受信アンテナ、１３…基部、１３０…長穴、１４…移動部、１５…スイッチ群、２…計測装置、３…ケーブル、９…レーダ計測システム、Ａ…範囲、Ｂ…範囲、Ｃ…範囲、Ｄ１…移動方向、Ｄ２…配列方向、Ｄ３…回転方向、Ｄ４…配列方向、Ｏ…軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】