特許 7483479 物標識別装置及び物標識別プログラム

(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】

(24)【登録日】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】物標識別装置及び物標識別プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/41 20060101AFI20240508BHJP

   G01S 13/58 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

G01S7/41

G01S13/58 200

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020075923

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021173573

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-04-13

(73)【特許権者】

【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】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】土屋 廣憲

(72)【発明者】

【氏名】板倉 晃

(72)【発明者】

【氏名】平木 直哉

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－３０８２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２８２４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２０９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１２０８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれか、並びに反射強度を抽出するパラメータ抽出部と、
前記距離分散、前記速度及び前記速度分散の少なくともいずれか、並びに前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別部と、
を備えることを特徴とする物標識別装置。

【請求項2】

前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がヘリコプターによるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１に記載の物標識別装置。

【請求項3】

前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が航空機によるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の物標識別装置。

【請求項4】

前記物標識別部は、前記反射強度、前記距離分散、前記速度及び前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が車両又は船舶によるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の物標識別装置。

【請求項5】

前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて低いとともに、前記距離分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がクラッタによるものと識別する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の物標識別装置。

【請求項6】

水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれか、並びに反射強度を抽出するパラメータ抽出ステップと、
前記距離分散、前記速度及び前記速度分散の少なくともいずれか、並びに前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための物標識別プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、物標の種類（例えば、ヘリコプター等）を識別するレーダ技術に関する。

【背景技術】

【0002】

物標の速度を測定するレーダ技術が、特許文献１等に開示されている。ここで、特許文献１では、物標の速度に基づいて、静止する物標を除去し、移動する物標を抽出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－００８８５２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では、様々な種類の移動する物標（例えば、ヘリコプター等）を抽出するため、様々な移動する物標の種類を識別することができなかった。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプター等）を識別することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプター等）を識別することとした。

【0007】

具体的には、本開示は、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から、反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出部と、前記反射強度、前記距離分散、前記速度及び前記速度分散の少なくともいずれかについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別部と、を備えることを特徴とする物標識別装置である。

【0008】

また、本開示は、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から、反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかを抽出するパラメータ抽出ステップと、前記反射強度、前記距離分散、前記速度及び前記速度分散の少なくともいずれかについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する物標識別ステップと、を順にコンピュータに実行させるための物標識別プログラムである。

【0009】

これらの構成によれば、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプター等）を識別することができる。具体的には、以下に記載の処理を実行する。

【0010】

また、本開示は、前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がヘリコプターによるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

【0011】

この構成によれば、ヘリコプターのブレードが水平面内で延伸するとともに回転することに基づいて、レーダ技術を用いて、ヘリコプターを他の物標と識別することができる。

【0012】

また、本開示は、前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が航空機によるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

【0013】

この構成によれば、航空機の主翼が水平面内で延伸するとともに固定されていることに基づいて、レーダ技術を用いて、航空機を他の物標と識別することができる。

【0014】

また、本開示は、前記物標識別部は、前記反射強度、前記距離分散、前記速度及び前記速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が車両又は船舶によるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

【0015】

この構成によれば、車両又は船舶が異方性を有さず塊として移動することに基づいて、レーダ技術を用いて、車両又は船舶を他の物標と識別することができる。

【0016】

また、本開示は、前記物標識別部は、前記反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて低いとともに、前記距離分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がクラッタによるものと識別することを特徴とする物標識別装置である。

【0017】

この構成によれば、クラッタを抑圧するために従来技術では水平偏波を適用していることを考慮して、レーダ技術を用いて、クラッタを他の物標と識別することができる。

【発明の効果】

【0018】

このように、本開示は、レーダ技術を用いて、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプター等）を識別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示のレーダシステムの設置を示す図である。

【図2】本開示のレーダシステムの構成を示す図である。

【図3】本開示の物標識別処理の手順を示す図である。

【図4】本開示のヘリコプターの物標識別処理の内容を示す図である。

【図5】本開示の航空機の物標識別処理の内容を示す図である。

【図6】本開示の車両又は船舶の物標識別処理の内容を示す図である。

【図7】本開示のクラッタの物標識別処理の内容を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0021】

本開示のレーダシステムの設置を図１に示す。図１の左欄では、レーダシステムは、陸上局Ｌに設置される。図１の右欄では、レーダシステムは、ドローンＤに設置される。図１の左右欄では、レーダシステムは、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ、船舶Ｓ、海波Ｗ及び地面Ｇ等）を識別する。

【0022】

本開示のレーダシステムの構成を図２に示す。レーダシステムＲは、レーダ送受信装置１、物標識別装置２及びレーダ表示装置３を備える。物標識別装置２は、パラメータ抽出部２１及び物標識別部２２を備える。物標識別装置２は、図３に示した物標識別プログラムをコンピュータにインストールすることにより実現することができる。

【0023】

レーダ送受信装置１は、レーダ照射信号を送信し、レーダ反射信号を受信する。物標識別装置２は、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ、船舶Ｓ、海波Ｗ及び地面Ｇ等）を識別する。レーダ表示装置３は、様々な移動する物標の位置を表示するとともに、様々な移動する物標の種類を表示してもよい。

【0024】

本開示の物標識別処理の手順を図３に示す。パラメータ抽出部２１は、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から、反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかを抽出する（ステップＳ１）。物標識別部２２は、反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと、の間の差分に基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを識別する（ステップＳ２）。具体的には、以下に記載の処理を実行する。

【0025】

本開示のヘリコプターの物標識別処理の内容を図４に示す。ヘリコプターＨのブレードは、水平面内で延伸するとともに回転する。よって、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度と比べて高い。そして、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散と比べて大きい。

【0026】

そこで、物標識別部２２は、反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がヘリコプターＨによるものと識別する。

【0027】

なお、ヘリコプターＨについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散とは、同様に小さい。また、ヘリコプターＨについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度とは、同様に中速度である。

【0028】

このように、ヘリコプターＨのブレードが水平面内で延伸するとともに回転することに基づいて、ヘリコプターＨを他の物標と識別することができる。そして、ヘリコプターＨがホバリングしているときには、ヘリコプターＨの速度は０であるものの、ヘリコプターＨの速度分散は０でないため（垂直偏波よりは水平偏波の方を用いるとき）、静止物標を除去する速度フィルタを用いるときでも、ヘリコプターＨを検知することができる。

【0029】

本開示の航空機の物標識別処理の内容を図５に示す。航空機Ａの主翼は、水平面内で延伸するとともに固定されている。よって、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度と比べて高い。そして、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散と比べてほぼ等しい。

【0030】

そこで、物標識別部２２は、反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて高いとともに、速度分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が航空機Ａによるものと識別する。

【0031】

なお、航空機Ａについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散とは、同様に小さい。また、航空機Ａについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度とは、同様に高速度である。

【0032】

このように、航空機Ａの主翼が水平面内で延伸するとともに固定されていることに基づいて、航空機Ａを他の物標と識別することができる。なお、航空機Ａが単発機であるときには、反射強度及び速度分散について、左円偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、右円偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて異なることに基づいて、単発機である航空機Ａを他の物標と識別することができる。

【0033】

本開示の車両又は船舶の物標識別処理の内容を図６に示す。車両Ｃ又は船舶Ｓは、異方性を有さず塊として移動する。よって、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度、距離分散、速度及び速度分散は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度、距離分散、速度及び速度分散と比べてほぼ等しい。

【0034】

そこで、物標識別部２２は、反射強度、距離分散、速度及び速度分散のすべてについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べてほぼ等しいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号が車両Ｃ又は船舶Ｓによるものと識別する。

【0035】

なお、車両Ｃ又は船舶Ｓについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散とは、同様に小さい。また、車両Ｃ又は船舶Ｓについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度とは、同様に低速度である。また、車両Ｃ又は船舶Ｓについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散とは、同様に小さい。

【0036】

このように、車両Ｃ又は船舶Ｓが異方性を有さず塊として移動することに基づいて、車両Ｃ又は船舶Ｓを他の物標と識別することができる。なお、船舶Ｓは車両Ｃと比べて揺れるため、船舶Ｓによる速度分散は車両Ｃによる速度分散と比べて大きくなり得る。

【0037】

本開示のクラッタの物標識別処理の内容を図７に示す。海波Ｗ又は地面Ｇによるクラッタを抑圧するために、従来技術では水平偏波を適用している。つまり、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度と比べて低い。そして、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散は、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散と比べて大きい。

【0038】

そこで、物標識別部２２は、反射強度について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて低いとともに、距離分散について、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものが、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出されたものと比べて大きいことに基づいて、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がクラッタによるものと識別する。

【0039】

なお、クラッタについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された距離分散とは、いずれも大きい。また、クラッタについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度とは、同様に低速度である。また、クラッタについて、水平偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散と、垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度分散とは、同様に大きい。

【0040】

ただし、大きなうねりに重畳する小さなさざなみと、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ照射信号と、の間の共振の相違を考慮すれば、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された速度及び速度分散は、若干異なる可能性がある。

【0041】

このように、海波Ｗ又は地面Ｇによるクラッタを抑圧するために従来技術では水平偏波を適用していることを考慮して、海波Ｗ又は地面Ｇによるクラッタを他の物標と識別することができる。そして、海波Ｗ又は地面Ｇによるクラッタを除去することができる。

【0042】

図４から図７に基づいて、様々な移動する物標の種類（例えば、ヘリコプターＨ、航空機Ａ、車両Ｃ、船舶Ｓ、海波Ｗ及び地面Ｇ等）を識別することができる。すると、ドローンＤ等がヘリコプターＨ等と衝突することを防止すること等ができる。そして、比較的小規模な信号処理回路で実現可能であり、ドローンＤ等に搭載可能である。

【0043】

図３の右欄に示したように、物標識別部２２は、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号から抽出された反射強度、距離分散、速度及び速度分散の少なくともいずれかを入力とし、水平偏波及び垂直偏波を有するレーダ反射信号がいずれの物標によるものかを出力とする、教師データを学習することもできる（ステップＳ３）。

【0044】

なお、レーダ送受信装置１の仰角方向のビーム幅をドローン搭載又は低コスト化で絞れないときには、高位置のヘリコプターＨ及び航空機Ａと、低位置の車両Ｃ、船舶Ｓ、海波Ｗ及び地面Ｇと、を同時に抽出してしまうものの、別個の物標として識別することができる。特に、レーダ送受信装置１をドローンＤに搭載するときには、物標の高度を推定することができるため、航行の効率を上げることができる（例えば、物標を低位置の車両Ｃ又は船舶Ｓと識別しても、その物標を避ける必要がない。一方で、物標を高位置のヘリコプターＨ及び航空機Ａと識別すれば、その物標を避ける必要がある。）。

【産業上の利用可能性】

【0045】

このように、本開示の物標識別装置及び物標識別プログラムは、レーダ技術を用いて、ドローン等がヘリコプター等と衝突することを防止すること等ができる。

【符号の説明】

【0046】

Ｌ：陸上局
Ｄ：ドローン
Ｈ：ヘリコプター
Ａ：航空機
Ｃ：車両
Ｓ：船舶
Ｗ：海波
Ｇ：地面
Ｒ：レーダシステム
１：レーダ送受信装置
２：物標識別装置
３：レーダ表示装置
２１：パラメータ抽出部
２２：物標識別部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】