特開 2023-183937 目標検出装置およびレーダ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183937

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】目標検出装置およびレーダ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/937 20200101AFI20231221BHJP

   G01S 7/295 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

G01S13/937

G01S7/295

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022097754

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】土屋 廣憲

(72)【発明者】

【氏名】堀内 亮太

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB01

5J070AC02

5J070AC13

5J070AD01

5J070AF05

5J070AH31

5J070AK40

5J070BG09

5J070BG27

(57)【要約】

【課題】海領域からの目標検出を精度よく行なうことができる目標検出装置およびレーダ装置を提供する。
【解決手段】地図データ取得部９４は、現在位置に基づいて地図データベース９２からベクタ形式の地図データを取得し、海岸線データ生成部９５は、地図データに基づいてラスタ形式の海岸線データを生成する。海領域データ生成部９６は、海岸線データの海岸線に接する領域を塗りつぶし、塗りつぶした領域を抽出して海領域データを生成する。セクタ範囲抽出部９７は、海領域データから１セクタ分の範囲を抽出し、Ｂスコープ変換部９８は、１セクタ分の海領域データをＢスコープ形式に変換する。マスク処理部９９は、セクタデータ生成部９１にて生成されたＢスコープ形式のセクタデータと、１セクタ分の海領域データとを重ね合わせ、海領域内に存在する目標を抽出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナを回転させながらパルス状のレーダ波を送信し、前記レーダ波が反射されたエコーを受信するスイープ処理を繰り返す船舶用レーダ装置に用いられ、前記エコーに基づいて目標を検出する目標検出装置であって、
前記アンテナの１スキャン分の回転を複数のセクタに分割し、前記セクタごとに、前記エコーに基づいて生成された複数のスイープデータから、Ｂスコープ形式のセクタデータを生成するセクタデータ生成手段と、
ベクタ形式の地図データを記憶する地図データベースと、
前記船舶の現在位置を検出する位置検出手段と、
検出された前記現在位置に基づいて、前記地図データベースから、前記現在位置を含む所定範囲の前記ベクタ形式の地図データを取得する地図データ取得手段と、
取得された前記ベクタ形式の地図データから海岸線を示すデータを抽出し、抽出したデータに基づいてラスタ形式の海岸線データを生成する海岸線データ生成手段と、
前記海岸線データにおいて、海岸線に接していて、かつ、閉じられていない領域を塗りつぶし、塗りつぶされた領域に基づいて海領域データを生成する海領域データ生成手段と、
前記海領域データから、前記セクタデータに相当する範囲を抽出するセクタ範囲抽出手段と、
前記セクタ範囲の海領域データを、Ｂスコープ形式に変換するＢスコープ変換手段と、
Ｂスコープ形式の前記セクタ範囲の海領域データと、前記セクタデータとを重ね合わせ、前記セクタ範囲の海領域データに重なっている前記セクタデータの領域を抽出するマスク処理手段と、
を備えることを特徴とする目標検出装置。

【請求項2】

アンテナを回転させながらパルス状のレーダ波を送信し、前記レーダ波が反射されたエコーを受信するスイープ処理を繰り返すレーダ装置であって、
請求項１に記載の目標検出装置を備える、
ことを特徴とするレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーダ波が反射されたエコーに基づいて目標の検出を行なう目標検出装置およびレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

船舶などに搭載されるレーダ装置は、自船の全周方向にレーダ波を送信し、目標によって反射されたレーダ波のエコーをアンテナによって受信し、受信したエコーに基づいて目標の位置（方位および距離）を検出する。具体的には、アンテナが水平面内で回転する間に、レーダ波としてパルス状の電波を送信し、レーダ波が反射されたエコーを受信するスイープ処理を繰り返し行なう。そして、各スイープ処理で受信したエコーに基づいて、自船の周囲に存在する目標（他船、浮遊物あるいは浮標など）を検出する。

【0003】

このような船舶用のレーダ装置では、陸地、陸地上の山や建造物などの固定物が目標として誤検出されることがある。このような誤検出を防ぐために、陸地部分の目標の検出を行なわないように制御するレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーダ装置では、自船の位置を中心とする海図データと、レーダ波の送信周期および送信方位とに基づいて、アンテナが陸地の方向を向いているときのスイープ処理ごとに、陸地部分の距離範囲に対応する時間位置に遮断ゲート信号を発生し、この遮断ゲート信号に基づいて、エコーの陸地部分の距離範囲においては目標の検出を行なわないようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－０２００３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のレーダ装置において、陸地からの目標検出を遮断するには、海岸線の形状に合わせて遮断ゲート信号を発生しなければならない。しかしながら、海岸線が非常に複雑な形状をしている場合には、遮断ゲート信号が海岸線に対してずれてしまう可能性がある。遮断ゲート信号が海岸線からずれてしまうと、実際には海である領域が陸地であると誤判定されたり、陸地である領域が海であると誤判定されたりする可能性がある。

【0006】

そこで本発明は、海領域からの目標検出を精度よく行なうことができる目標検出装置およびレーダ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】

【0007】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、アンテナを回転させながらパルス状のレーダ波を送信し、前記レーダ波が反射されたエコーを受信するスイープ処理を繰り返す船舶用レーダ装置に用いられ、前記エコーに基づいて目標を検出する目標検出装置であって、前記アンテナの１スキャン分の回転を複数のセクタに分割し、前記セクタごとに、前記エコーに基づいて生成された複数のスイープデータから、Ｂスコープ形式のセクタデータを生成するセクタデータ生成手段と、ベクタ形式の地図データを記憶する地図データベースと、前記船舶の現在位置を検出する位置検出手段と、検出された前記現在位置に基づいて、前記地図データベースから、前記現在位置を含む所定範囲の前記ベクタ形式の地図データを取得する地図データ取得手段と、取得された前記ベクタ形式の地図データから海岸線を示すデータを抽出し、抽出したデータに基づいてラスタ形式の海岸線データを生成する海岸線データ生成手段と、前記海岸線データにおいて、海岸線に接していて、かつ、閉じられていない領域を塗りつぶし、塗りつぶされた領域に基づいて海領域データを生成する海領域データ生成手段と、前記海領域データから、前記セクタデータに相当する範囲を抽出するセクタ範囲抽出手段と、前記セクタ範囲の海領域データを、Ｂスコープ形式に変換するＢスコープ変換手段と、Ｂスコープ形式の前記セクタ範囲の海領域データと、前記セクタデータとを重ね合わせ、前記セクタ範囲の海領域データに重なっている前記セクタデータの領域を抽出するマスク処理手段と、を備えることを特徴とする目標検出装置である。

【0008】

請求項２に記載の発明は、アンテナを回転させながらパルス状のレーダ波を送信し、前記レーダ波が反射されたエコーを受信するスイープ処理を繰り返すレーダ装置であって、請求項１に記載の目標検出装置を備える、ことを特徴とするレーダ装置である。

【発明の効果】

【0009】

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、セクタ単位で目標を検出するので、スイープごとに処理を行なう従来技術と比べ、精度よく海領域からの目標検出を行なうことが可能である。また、アンテナ１回転分のスキャンデータから目標を検出する場合に比べ、処理負荷を低減することが可能である。さらに、ベクタ形式の地図データを用いるので、海岸線のデータを容易に抽出することができ、正確、かつ、迅速にラスタ形式の海岸線データを生成することが可能である。また、海岸線データに塗りつぶし処理を行なって海領域データを生成するので、精度よく海領域を判定することが可能である。さらに、Ｂスコープ形式に変換されたセクタ範囲の海領域データと、同じくＢスコープ形式のセクタデータとを重ね合わせて、海領域内の目標のみを抽出できるようにしたので、陸地や陸地部分の固定物が目標と誤検出されるのを抑制することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の実施の形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す目標検出部の機能的構成を示すブロック図である。

【図3】レーダ波の１スイープ、セクタおよび１スキャンの説明図である。

【図4】Ｂスコープ形式のセクタデータの一例を示す図である。

【図5】ベクタ形式の地図データからラスタ形式の海岸データを生成する処理を示す図である。

【図6】海岸線データから海領域データを生成する処理を示す図である。

【図7】海領域データから抽出されたセクタ範囲の海領域データを示す図である。

【図8】海領域データとセクタデータとに基づいて目標を抽出する処理を示す図である。

【図9】目標検出の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0012】

図１は、この発明の実施の形態に係るレーダ装置１の概略構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、例えば、船舶に搭載されており、アンテナ２と、送受信部３と、Ａ／Ｄ変換部４と、座標変換部５と、スイープデータ記憶部６と、表示制御部７と、表示部８と、目標検出部（目標検出装置）９と、を備えている。

【0013】

アンテナ２は、水平面内で回転しながらパルス状のレーダ波を送信する処理と、目標にて反射されたレーダ波のエコーを受信する処理とを含むスイープ処理を繰り返す。送受信部３は、アンテナ２から送信するレーダ波を発生してアンテナ２に入力する。また、送受信部３は、アンテナ２によって受信したエコーを検波して増幅し、アナログのエコー信号を生成する。

【0014】

Ａ／Ｄ変換部４は、送受信部３から出力されたエコー信号をＡ／Ｄ変換してデジタルのスイープデータを生成する。座標変換部５は、Ａ／Ｄ変換部４から出力された極座標系のスイープデータを、方位θおよび距離Ｒが直交座標によって示された直交座標系のスイープデータに変換する。

【0015】

スイープデータ記憶部６は、座標変換部５から出力された１スイープ分のスイープデータを記憶し、次のスイープ処理が実行されて新たなスイープデータが入力されるまで、この１スイープ分のスイープデータを表示制御部７および目標検出部９に出力する。目標検出部９は、スイープデータに基づいて目標を検出し、その検出結果を表示制御部７へ出力する。

【0016】

表示制御部７は、１スキャン分のスイープデータに基づいて、Ｂスコープ形式のレーダ画像を生成する。また、表示制御部７は、目標検出部９の目標検出結果に基づいて、目標識別用グラフィック画像などを生成する。なお、目標識別用グラフィック画像は、目標検出部９により検出された目標の識別名などを表示するためのグラフィック画像であり、レーダ画像に重畳して表示される。表示部８は、表示制御部７によって生成されたレーダ画像およびグラフィック画像などを表示する機能を備えた表示器であり、例えば液晶ディスプレイによって構成される。

【0017】

図２に示すように、目標検出部９は、セクタデータ生成部（セクタデータ生成手段）９１と、地図データベース９２と、位置検出部（位置検出手段）９３と、地図データ取得部（地図データ取得手段）９４と、海岸線データ生成部（海岸線データ生成手段）９５と、海領域データ生成部（海領域データ生成手段）９６と、セクタ範囲抽出部（セクタ範囲抽出手段）９７と、Ｂスコープ変換部（Ｂスコープ変換手段）９８と、マスク処理部（マスク処理手段）９９と、閾値判定部１００とを備えている。

【0018】

セクタデータ生成部９１は、スイープデータ記憶部６から出力された１セクタ分のスイープデータに基づいて、セクタデータを生成する。ここで、図３に示すように、アンテナ２によるレーダ波の送信からエコーの受信までの１回の送受信を１スイープとし、アンテナ２の１回転を１スキャンとした場合、１スキャンには多数のスイープ、すなわち、スイープデータが含まれている。セクタデータ生成部９１は、アンテナ２の１スキャン分の回転を複数のセクタ（例えば、セクタＳ－１、セクタＳ、セクタＳ＋１など）に分割し、セクタごとに、セクタ内の複数のスイープデータが配列されたＢスコープ形式のセクタデータを生成する。

【0019】

図４は、セクタデータ生成部９１により生成されたセクタデータの一例を示している。セクタデータ９１ａは、横軸方向に延びるスイープデータＳｗｐが縦軸方向に沿って複数（１セクタ分）配列されている。各スイープデータＳｗｐは、アンテナ２からの距離に基づいて複数のセルＣに区分けされており、各セルＣにはエコー信号の信号強度を示すセルデータが格納されている。これにより、セクタデータ９１ａは、複数のセルＣがマトリクス状に配列され、距離Ｒ及び方位θが直交座標系によって示されている。セクタデータ生成部９１は、生成したセクタデータの方位θの範囲に関する情報をセクタ範囲抽出部９７へ出力する。

【0020】

地図データベース９２は、ベクタ形式の地図データを記憶したデータベースである。周知のとおり、ベクタ形式の地図データは、地図が、ポイントデータと、２つ以上のポイントデータ間を結ぶラインデータとによって表されている。また、ポイントデータの位置は、緯度および経度によって示されている。

【0021】

位置検出部９３は、ＧＰＳなどの全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ；Global Navigation Satellite System）から位置情報を検出する装置である。位置検出部９３は、レーダ装置１が搭載されている船舶の現在位置を検出し、その位置情報（緯度および経度）を地図情報取得部９４へ出力する。

【0022】

地図データ取得部９４は、位置検出部９３から受信した位置情報に基づいて、船舶の現在位置を含む所定範囲の地図情報を地図データベース９２から取得する。なお、地図データベース９２は、例えば、所定の緯度、経度ごとに複数のブロックに分割された地図データを記憶しており、地図データ取得部９４は、船舶の現在位置を含むブロックの地図情報を取得する。地図データ取得部９４は、取得した地図データを海岸線データ生成部９５へ出力する。

【0023】

海岸線データ生成部９５は、取得されたベクタ形式の地図データから海岸線を示すデータを抽出し、抽出したデータに基づいてラスタ形式の海岸線データを生成する。海岸線データ生成部９５は、図５に示すように、緯度および経度によって表されたベクタ形式の地図データＭｄから、海岸線を示すデータ（海岸線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４を示す緯度、経度）を抽出し、抽出した海岸線を示すデータに基づいて、ラスタ形式の海岸線データＣｄを生成する。海岸線データ生成部９５は、生成した海岸線データＣｄを海領域データ生成部９６へ出力する。

【0024】

海領域データ生成部９６は、海岸線データにおいて、海岸線によって囲まれている領域を塗りつぶし、塗りつぶされた領域に基づいて海領域データを生成する。具体的には、海領域データ生成部９６は、図６に示すように、ラスタ形式の海岸線データＣｄにおいて、海岸線Ｌ１～Ｌ４に接し、かつ、海岸線Ｌ１～Ｌ４によって閉じられていない領域を塗りつぶす。この塗りつぶし処理は、海領域を確実に塗りつぶしていくため、例えば、自船の位置からその周囲に向かって塗りつぶしていくのが好ましい。図６において、斜線が描かれた領域Ｐａが塗りつぶされた領域である。

【0025】

海領域データ生成部９６は、図６に示す海岸線データＣｄから、塗りつぶされた領域Ｐａのみを抽出して海領域データＳｄを生成する。すなわち、海領域データＳｄは、海岸線データＣｄから海岸線Ｌ１～Ｌ４を除去したデータである。海領域データ生成部９６は、生成した海領域データＳｄをセクタ範囲抽出部９７へ出力する。

【0026】

セクタ範囲抽出部９７は、セクタデータ生成部９１から出力されたセクタデータの方位θの範囲に関する情報に基づいて、海領域データＳｄからセクタデータ９１ａに相当する範囲Ａ１を抽出し、図７に示すように、セクタ範囲の海領域データＳｄ１を生成する。セクタ範囲抽出部９７は、生成したセクタ範囲の海領域データＳｄ１をＢスコープ変換部９８へ出力する。

【0027】

Ｂスコープ変換部９８は、セクタ範囲の海領域データＳｄ１をＢスコープ形式の海領域データＳｄ２に変換する（図８参照）。Ｂスコープ変換部９８は、生成したＢスコープ形式の海領域データＳｄ２をマスク処理部９９へ出力する。

【0028】

マスク処理部９９は、図８に示すように、Ｂスコープ形式の海領域データＳｄ２と、セクタデータ９１ａとを重ね合わせ、セクタデータ９１ａから、海領域データＳｄ２に重なっている領域９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆを抽出する。このように、海領域データＳｄ２と、セクタデータ９１ａとを用いることにより、陸地や陸地の固定物を除外して、海上の目標のみを検出することができる。マスク処理部９９は、領域９１ｂ～９１ｆが抽出されたセクタデータ９１ａを閾値判定部１００へ出力する。

【0029】

閾値判定部１００は、セクタデータ９１ａから抽出された領域９１ｂ～９１ｆのセルデータおよび面積などについて、予め設定された閾値と比較し、閾値以上である場合に他船や浮遊物、あるいは浮標などの目標として検出を行なう。閾値判定部１００は、目標の検出結果を表示制御部７へ出力する。

【0030】

次に、上記の目標検出部９の処理について、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。スイープデータ記憶部６は、アンテナ２による１回のレーダ波の送受信に基づいて生成されたスイープデータを目標検出部９へ出力する。目標検出部９のセクタデータ生成部９１は、スイープデータ記憶部６から出力された１セクタ分のスイープデータに基づいて、Ｂスコープ形式のセクタデータ９１ａを生成する（ステップＳ１）。

【0031】

位置検出部９３は、自船の現在位置を検出し、その検出結果を地図データ取得部９４へ出力する（ステップＳ２）。地図データ取得部９４は、受信した現在位置に基づいて、現在位置を含むブロックの地図データＭｄを地図データベース９２から取得し、取得した地図データＭｄを海岸線データ生成部９５へ出力する（ステップＳ３）。

【0032】

海岸線データ生成部９５は、ベクタ形式の地図データＭｄから海岸線に関するデータを抽出し、抽出したデータに基づいてラスタ形式の海岸線データＣｄを生成する。海岸線データ生成部９５は、生成した海岸線データＣｄを海領域データ生成部９６へ出力する（ステップＳ４）。

【0033】

海領域データ生成部９６は、ラスタ形式の海岸線データＣｄにおいて、海岸線Ｌ１～Ｌ４に接し、かつ、海岸線Ｌ１～Ｌ４によって閉じられていない領域を塗りつぶす。海領域データ生成部９６は、海岸線データＣｄから、塗りつぶされた領域Ｐａのみを抽出して海領域データＳｄを生成し、生成した海領域データＳｄをセクタ範囲抽出部９７へ出力する（ステップＳ５）。

【0034】

セクタ範囲抽出部９７は、セクタデータ生成部９１から出力されたセクタデータの方位の範囲に関する情報に基づいて、海領域データＳｄからセクタデータ９１ａに相当する範囲Ａ１を抽出し、セクタ範囲の海領域データＳｄ１を生成する。セクタ範囲抽出部９７は、生成したセクタ範囲の海領域データＳｄ１をＢスコープ変換部９８へ出力する（ステップＳ６）。

【0035】

Ｂスコープ変換部９８は、セクタ範囲の海領域データＳｄ１をＢスコープ形式の海領域データＳｄ２に変換する。Ｂスコープ変換部９８は、生成したＢスコープ形式の海領域データＳｄ２をマスク処理部９９へ出力する（ステップＳ７）。

【0036】

マスク処理部９９は、Ｂスコープ形式の海領域データＳｄ２と、セクタデータ９１ａとを重ね合わせ、セクタデータ９１ａから、海領域データＳｄ２に重なっている領域９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆを抽出する。マスク処理部９９は、領域９１ｂ～９１ｆが抽出されたセクタデータ９１ａを閾値判定部１００へ出力する（ステップＳ８）。

【0037】

閾値判定部１００は、セクタデータ９１ａから抽出された領域９１ｂ～９１ｆのセルデータおよび面積などについて、予め設定された閾値と比較し、閾値以上である場合に他船や浮遊物、あるいは浮標などの目標として検出を行なう。閾値判定部１００は、目標の検出結果を表示制御部７へ出力する（ステップＳ９）。

【0038】

以上で説明したように、本実施の形態にレーダ装置１および目標検出部９によれば、セクタ単位で目標を検出するので、スイープごとに処理を行なう従来技術と比べ、精度よく海領域からの目標検出を行なうことが可能である。また、アンテナ１回転分のスキャンデータから目標を検出する場合に比べ、処理負荷を低減することが可能である。さらに、ベクタ形式の地図データＭｄを用いるので、海岸線のデータを容易に抽出することができ、正確、かつ、迅速にラスタ形式の海岸線データＣｄを生成することが可能である。また、海岸線データＣｄに塗りつぶし処理を行なって海領域データＳｄを生成するので、精度よく海領域を判定することが可能である。さらに、Ｂスコープ形式に変換されたセクタ範囲の海領域データＳｄ１と、同じくＢスコープ形式のセクタデータ９１ａとを重ね合わせて、海領域内の目標のみを抽出できるようにしたので、陸地や陸地部分の固定物が目標と誤検出されるのを抑制することが可能である。

【0039】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、船舶用のレーダ装置を例に説明したが、レーダ波が走査されるその他のレーダ装置にも適用可能である。また、陸上に設置されたレーダ装置によって陸上の目標のみを検出する際に、海上の目標が検出されないようにする場合に適用することも可能である。

【0040】

１ レーダ装置
２ アンテナ
３ 送受信部
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 座標変換部
６ スイープデータ記憶部
７ 表示制御部
８ 表示部
９ 目標検出部（目標検出装置）
９１ セクタデータ生成部（セクタデータ生成手段）
９１ａ セクタデータ
９２ 地図データベース
９３ 位置検出部（位置検出手段）
９４ 地図データ取得部（地図データ取得手段）
９５ 海岸線データ生成部（海岸線データ生成手段）
９６ 海領域データ生成部（海領域データ生成手段）
９７ セクタ範囲抽出部（セクタ範囲抽出手段）
９８ Ｂスコープ変換部（Ｂスコープ変換手段）
９９ マスク処理部（マスク処理手段）
１００ 閾値判定部
Ｍｄ 地図データ
Ｃｄ 海岸線データ
Ｓｄ 海領域データ
Ｓｄ１ セクタ範囲の海領域データ
Ｓｄ２ Ｃスコープ形式の海領域データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】