特許 7247023 目標探知システム及び方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-17

(45)【発行日】2023-03-28

(54)【発明の名称】目標探知システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F41G 7/30 20060101AFI20230320BHJP

   F41G 7/22 20060101ALI20230320BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20230320BHJP

   B64D 47/00 20060101ALI20230320BHJP

   G01S 13/46 20060101ALI20230320BHJP

   B64U 80/30 20230101ALI20230320BHJP

   B64U 101/17 20230101ALN20230320BHJP

   B64U 101/20 20230101ALN20230320BHJP

【ＦＩ】

F41G7/30

F41G7/22

B64C39/02

B64D47/00

G01S13/46

B64U80/30

B64U101:17

B64U101:20

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019101528

(22)【出願日】2019-05-30

(65)【公開番号】P2020193791

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 賢

【審査官】長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２１０１７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１７２５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９０６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０５７７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ４１Ｇ ７／３０

Ｆ４１Ｇ ７／２２

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ ４７／００

Ｇ０１Ｓ １３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目標を探知して追跡する飛翔体と、
前記飛翔体と通信するレーダ装置と、
前記飛翔体又は前記レーダ装置から前記目標の方向に送信される電波に対して、前記目標から反射される反射波を受信し、及び受信した反射波に関する受信情報を前記レーダ装置に送信する、無人航空機と、
を具備し、
前記レーダ装置は、
前記無人航空機から送信される前記受信情報を受信し、
前記受信情報に基づいて前記目標に関する目標位置情報を生成し、
前記目標位置情報を前記飛翔体に送信し、
前記無人航空機は、
前記レーダ装置から送信される位置情報に基づいて指定の位置に待機する、
目標探知システム。

【請求項2】

前記レーダ装置は、
前記飛翔体に対して、前記目標に関する第１の目標位置情報を送信し、
前記受信情報に基づいて生成した前記目標位置情報を、前記第１の目標位置情報を更新した第２の目標位置情報として前記飛翔体に送信する、請求項１に記載の目標探知システム。

【請求項3】

前記レーダ装置は、
前記第１の目標位置情報に基づいて、前記無人航空機が待機すべき指定の位置を示す位置情報を生成し、
生成した位置情報を前記無人航空機に送信する、請求項２に記載の目標探知システム。

【請求項4】

前記飛翔体は、
発射装置から発射される前に、前記レーダ装置から送信される前記第１の目標位置情報を受信し、
前記発射装置から発射された後に、前記第１の目標位置情報に基づいて指定の方向に飛翔する、請求項２に記載の目標探知システム。

【請求項5】

前記飛翔体は、
前記目標の方向に電波を送信し、
前記目標から反射される反射波を受信し、
前記レーダ装置から送信される目標位置情報に基づいて、前記目標を探知して追跡する、請求項１に記載の目標探知システム。

【請求項6】

目標を探知して追跡する飛翔体と、
前記飛翔体と通信するレーダ装置と、
前記飛翔体又は前記レーダ装置から前記目標の方向に送信される電波に対して、前記目標から反射される反射波を受信し、及び受信した反射波に関する受信情報を前記レーダ装置に送信する、無人航空機と
を具備する目標探知システムに適用する目標探知方法であって、
前記レーダ装置は、
前記無人航空機から送信される前記受信情報を受信し、
前記受信情報に基づいて前記目標に関する目標位置情報を生成し、
前記目標位置情報を前記飛翔体に送信し、
前記無人航空機は、
前記レーダ装置から送信される位置情報に基づいて指定の位置に待機する、
目標探知方法。

【請求項7】

前記飛翔体は、
前記目標の方向に電波を送信し、
前記目標から反射される反射波を受信し、
前記レーダ装置から送信される目標位置情報に基づいて、前記目標を探知して追跡する、請求項６に記載の目標探知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、目標を探知するための目標探知システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、遠方から到来する航空機等（以下、目標と呼ぶ）を探知する目標探知システムが開発されている。目標探知システムは、地上設置されたレーダ装置と、発射装置から発射される飛翔体が連携して目標探知を行うシステムである。飛翔体は、地上設置のレーダ装置と同様に電波を使用するレーダを含む。

【0003】

飛翔体は、電波を送信して、目標からの反射波を受信して当該目標を探知する。ここで、当該目標のレーダ反射面積が小さい場合には、飛翔体から送信される電波に対する飛翔体への反射波の電力は弱く、それ以上に後方など別の方向に強く反射する。このため、遠方から到来する目標を、レーダ電波により探知することは困難になっている。従来では、飛翔体以外に複数のレーダ装置を含む目標探知システムにより、目標からの反射波を受信して当該目標を探知している。

【0004】

従来の目標探知システムでは、飛翔体及び複数のレーダ装置が連携して、１つの目標に対して電波を送信するため、複数の目標が存在する場合にはレーダ装置のリソース不足になり、各目標を探知できない可能性が高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５３４９１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本実施形態の目的は、複数のレーダ装置を使用することなく、複数の目標を探知できる目標探知システムを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態の目標探知システムは、目標を探知して追跡する飛翔体と、前記飛翔体と通信するレーダ装置と、無人航空機とを具備する。前記無人航空機は、前記飛翔体又は前記レーダ装置から前記目標の方向に送信される電波に対して、前記目標から反射される反射波を受信し、及び受信した反射波に関する受信情報を前記レーダ装置に送信する。前記レーダ装置は、前記無人航空機から送信される前記受信情報を受信し、前記受信情報に基づいて前記目標に関する目標位置情報を生成し、前記目標位置情報を前記飛翔体に送信し、前記無人航空機は、前記レーダ装置から送信される位置情報に基づいて指定の位置に待機する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に関する目標探知システムの構成を説明するためのブロック図。

【図2】実施形態に関する飛翔体の構成の一例を示すブロック図。

【図3】実施形態に関する目標探知処理を説明するためのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下図面を参照して、実施形態を説明する。
［システム構成］
図１は、本実施形態の目標探知システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の目標探知システムは、目標８を探知して追跡する飛翔体１、発射装置６、レーダ装置７、及び複数の無人航空機１０を含む構成である。目標８は、単一又は複数の航空機等の飛行物体であり、レーダ反射面積が小さい材質から構成されている。

【0010】

発射装置６は、飛翔体１を発射させる装置であり、地上に設置されている。レーダ装置７はレーダ機能以外に、飛翔体１及び後述する無人航空機１０のそれぞれと通信し、飛翔体１及び無人航空機１０の飛行を制御する制御機能を含み、地上に設置されている。なお、発射装置６及びレーダ装置７は、飛翔体１及び無人航空機１０を統制する統制装置に含まれる構成でもよい。なお、統制装置は、航空機や艦船に搭載タイプでもよい。

【0011】

図２は、飛翔体１の構成の一例を示す図である。図２に示すように、飛翔体１は、目標８を探知して追跡するための誘導装置２を含む。誘導装置２は、レーダ機能を利用して電波を送受信し、目標８を探知するための目標探知装置４と、誘導信号を生成する目標追随装置５とを含む。目標探知装置４は、目標８の方向に電波（送信波）２０を送信し、目標８からの反射波２１を受信する。さらに、飛翔体１は、目標８の方向へ誘導するために、誘導装置２から出力される誘導信号に従って、飛翔体１の姿勢制御を実行する操舵装置３を含む。

【0012】

図１に戻って、無人航空機１０はそれぞれ例えばドローンを含む各種の無人航空機であり、それぞれがレーダ装置７と常時通信できる。無人航空機１０は、ＧＰＳまたは慣性航法装置等の位置情報に基づいて、レーダ装置７から送信される指定の位置（座標位置）まで飛行して、ホバリング等により待機できる。無人航空機１０は、待機している位置及び移動した位置を時系列的に認識できる。

【0013】

さらに、無人航空機１０はそれぞれ、電波を受信できる受信器１１を搭載しており、レーダ装置７又は飛翔体１から送信される電波を受信できる。また、無人航空機１０はそれぞれ、当該受信器１１により、目標８からの反射波２１を受信できる。無人航空機１０はそれぞれ、当該受信器１１により受信した目標８からの反射波２１に基づいて、受信情報２２を生成して、レーダ装置７に送信できる。受信情報２２は、反射波２１の受信タイミング、受信強度、反射波２１の方向や、受信時間などを含む。
［目標探知処理］
以下、図１及び図３のフローチャートを参照して、本実施形態の目標探知システムの動作を説明する。

【0014】

本実施形態では、飛翔体１は、発射装置６に搭載されており、発射装置６から発射される前にレーダ装置７から目標位置情報を受信する（Ｓ１）。レーダ装置７は、所定の監視範囲内に到来する目標８を検知すると、当該目標８の予測位置を示す目標位置情報を生成して飛翔体１に送信する（図１の２３）。飛翔体１は、発射装置６から発射されると（Ｓ２）、レーダ装置７からの目標位置情報（２３）に基づいて、目標８が存在する方向に電波２０を送信する（Ｓ３）。次に、飛翔体１は、目標８からの反射波２１を受信する（Ｓ４）。

【0015】

ここで、本実施形態では、目標８はレーダ反射面積が小さい材質等から構成されているため、飛翔体１から送信される電波２０に対する反射波２１は、飛翔体１の方向には弱い反射波となる（Ｓ４を参照）。従って、飛翔体１は、搭載している目標探知装置４では、目標８からの十分な強度の反射波２１を受信できず、目標８を探知できない状態である。なお、このような状態でも、飛翔体１は、目標８との距離が接近している場合には探知できる可能性がある。

【0016】

一方、無人航空機１０はそれぞれ、ＧＰＳまたは慣性航法装置等の位置情報を受信器１１により受信し、レーダ装置７から送信される指定の位置でホバリング等により待機している（Ｓ１１）。レーダ装置７は、目標８の予測位置を示す目標位置情報（２３）に基づいて、無人航空機１０毎に異なる位置情報を、無人航空機１０のそれぞれに送信する。従って、無人航空機１０はそれぞれ、待機する指定の位置が異なる。

【0017】

無人航空機１０はそれぞれ、搭載している受信器１１により、レーダ装置７又は飛翔体１から送信される電波を受信できると共に、目標８からの反射波２１を受信できる。ここで、無人航空機１０の一部又は全部が、飛翔体１が存在する方向とは別の位置に存在していれば、無人航空機１０は目標８から強い反射波２１を受信できる（Ｓ１２）。無人航空機１０は、反射波２１を受信できた場合には、目標８に関する受信情報２２を生成して、レーダ装置７に送信する（Ｓ１３）。前述したように、受信情報２２は、反射波２１の受信タイミング、受信強度、反射波２１の方向や、受信時間などを含む。

【0018】

レーダ装置７は、無人航空機１０から受信した受信情報２２に基づいて、目標８に関する以前の目標位置情報を更新した新たな目標位置情報を生成して、飛翔体１に送信する（図１の２３）。新たな目標位置情報は、受信情報２２を送信した無人航空機１０の位置や、受信した方向、時間等から算出したもので、目標８の位置や方向を示す情報である。

【0019】

飛翔体１は、レーダ装置７から、更新された新たな目標位置情報（２３）を受信する（Ｓ５）。飛翔体１は、受信した新たな目標位置情報（２３）に基づいて、目標８を探知して追跡するように制御される。飛翔体１は、以上のような処理を繰り返すことで（Ｓ３～Ｓ５）、目標８からの強い反射波２１を受信できる距離まで飛翔し、目標８を探知して追跡する（Ｓ６）。また、無人航空機１０は、例えばレーダ装置７から送受信終了の指示があるまで（Ｓ１４のＹＥＳ）、前述の処理を繰り返す（Ｓ１１～Ｓ１３）。

【0020】

以上のように本実施形態によれば、目標８はレーダ反射面積が小さいため、飛翔体１から送信される電波２０に対する反射波２１は、飛翔体１の方向には弱い反射波となる。従って、飛翔体１は、搭載している目標探知装置４では、目標８からの十分な強度の反射波２１を受信できず、目標８を探知できない状態である。本実施形態では、レーダ装置７との通信に基づいて、複数の無人航空機１０はそれぞれ、目標８の予測位置に基づいた指定の位置に待機している。レーダ装置７は、目標位置情報（２３）に基づいて、無人航空機１０毎に異なる位置情報を生成して、無人航空機１０のそれぞれに送信する。従って、無人航空機１０はそれぞれ、待機する指定の位置が異なる。

【0021】

無人航空機１０は、飛翔体１が存在する方向とは別の位置に存在していれば、目標８から強い反射波２１を受信できる可能性がある。無人航空機１０は、反射波２１を受信できた場合には、目標８に関する受信情報２２を生成して、レーダ装置７に送信する。従って、レーダ装置７は、受信情報２２に基づいて、目標８に関する目標位置情報を更新して飛翔体１に送信できる。これにより、飛翔体１は、目標８からの強い反射波２１を受信できる距離まで飛翔し、目標８を探知して追跡することが可能となる。

【0022】

ここで、本実施形態によれば、レーダ装置７以外のレーダ装置は不要であり、複数の無人航空機１０により、目標８から強い反射波２１を受信する。従って、本実施形態の目標探知システムであれば、目標８が複数の場合でも、個数や位置の調整が可能な複数の無人航空機１０と連携して、目標８のそれぞれからの反射波２１を確実に受信できる。即ち、従来のシステムでは、複数のレーダ装置は地上設定であるため、個数及び位置設定の調整が困難であり、複数の目標が存在する場合にはレーダ装置のリソース不足になり、各目標を探知できない可能性が高くなる。

【0023】

なお、本実施形態では、飛翔体１が目標８に電波を送信しているが、レーダ装置７が目標８に対して電波を送信する構成でもよい。この場合、無人航空機１０は、レーダ装置７が送信した電波に対して、目標８からの反射波２１を受信する。

【0024】

また、無人航空機１０は、ドローン等の空中に浮遊可能なタイプや、飛行する移動タイプのいずれでもよい。また、無人航空機１０は、指定の位置にホバリングしながら待機可能なタイプでもよいし、指定の位置に地上設定されるタイプでもよい。

【0025】

さらに、前述したように、発射装置６及びレーダ装置７が飛翔体１及び無人航空機１０を統制する統制装置に含まれる構成の場合には、無人航空機１０から送信される受信情報２２は、レーダ装置７ではなく、当該統制装置に含まれる通信装置により受信してもよい。

【0026】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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…飛翔体、２…誘導装置、３…操舵装置、４…目標探知装置、
５…目標追随装置、６…発射装置、７…レーダ装置、８…目標、
１０…無人航空機、１１…受信器。

【図1】

【図2】

【図3】