物標運動推定装置
【課題】自機の運動状態の変化を受けにくい運動推定結果を出力可能な物標運動推定装置を提供する。
【解決手段】レーダ装置が備える物標運動推定部６は、物標相対座標取得部６１と、固定点基準物標座標取得部６２と、フィルタ処理部６４と、を備える。物標相対座標取得部６１は、船舶に搭載され、自船を基準とした物標の相対位置を示す相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）をレーダエコーに基づいて取得する。固定点基準物標座標取得部６２は、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、自船の位置と、に基づき、固定点を基準とした物標の位置を示す固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を取得する。フィルタ処理部６４は、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力して物標の運動情報を推定する。
【解決手段】レーダ装置が備える物標運動推定部６は、物標相対座標取得部６１と、固定点基準物標座標取得部６２と、フィルタ処理部６４と、を備える。物標相対座標取得部６１は、船舶に搭載され、自船を基準とした物標の相対位置を示す相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）をレーダエコーに基づいて取得する。固定点基準物標座標取得部６２は、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、自船の位置と、に基づき、固定点を基準とした物標の位置を示す固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を取得する。フィルタ処理部６４は、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力して物標の運動情報を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、探知機器で探知される物標に関する情報に基づいて、当該探知物標の運動を推定する物標運動推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーダ装置で探知された物標を追尾しつつ、当該物標の真速度及び相対速度を推定して表示する、ＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）乃至ＡＲＰＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒａｄａｒ Ｐｌｏｔｔｉｎｇ Ａｉｄ）と呼ばれる装置が提案されている。特許文献１は、この種の物標運動推定装置を開示する。
【０００３】
特許文献１で開示される物標運動推定装置では、物標の位置に関するレーダ信号、自船進路、自船速度等の入力信号に基づいて、探知物標の現時点での位置測定データが作成され、この位置測定データが運動推定部に送られる。運動推定部では、時系列的に送られてくる測定データに基づいて、探知物標の相対運動や真運動を求める。こうして得られる相対運動及び真運動の推定データは、例えばベクトル表示の形で、データ表示部に適宜出力される。
【０００４】
特許文献１は、作成されて運動推定部に送られる位置測定データが各種の外乱を含んでおり、これが運動推定部での推定データの精度を悪化させることを指摘する。そして、特許文献１は、安定した推定データが得られるように、運動推定部において、カルマンフィルタやαβトラッカ等の巡回形デジタルフィルタを用いたり、移動平均を求めたりすることで、平滑化を行って外乱の影響を低減し得ることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の構成において、レーダ信号から得られる物標の位置は、自船を基準とした相対位置で取り扱われる。従って、上記の運動推定部に入力される位置測定データは、探知物標自体の運動のみならず、自船の運動の影響を受ける。
【０００７】
従って、例えば自船の運動状態が急激に変化した場合、位置測定データが大きく変化するために、運動推定部の推定精度を一時的に悪化させることが頻繁に生じていた。しかも、運動推定部においては上記のとおり平滑化処理を行っているため、運動推定結果の出力が時間遅れを含むこととなり、運動推定部の推定精度が回復するのにある程度の時間を要することが多かった。
【０００８】
従って、特許文献１の構成は、自船が発進、停船、変針等を行ったときに、実際には停止しているはずの物標に大きな真速度が生じているような運動推定結果が出力されてユーザを混乱させる場合があり、この点で改善の余地が残されていた。
【０００９】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、自機の運動状態の変化を受けにくい運動推定結果を出力可能な物標運動推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の物標運動推定装置が提供される。即ち、この物標運動推定装置は、物標相対位置取得部と、固定点基準物標位置取得部と、フィルタ処理部と、を備える。前記物標相対位置取得部は、移動体に搭載され、自機位置を基準とした物標の相対位置である物標相対位置をレーダエコーに基づいて取得する。前記固定点基準物標位置取得部は、前記物標相対位置と、前記自機位置と、に基づき、固定点を基準とした前記物標の位置である固定点基準物標位置を取得する。前記フィルタ処理部は、前記固定点基準物標位置を入力して物標の運動情報を推定するフィルタ処理を行う。
【００１２】
これにより、フィルタ処理部には、自船の運動の影響が取り除かれた固定点基準物標位置が入力され、これが物標の運動状態の推定に用いられる。従って、フィルタ処理部の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動状態の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、物標の運動状態をより高精度で推定することができる。
【００１３】
前記の物標運動推定装置においては、前記フィルタ処理部で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含むことが好ましい。
【００１４】
これにより、物標の針路及び速度を正確に推定することができる。
【００１５】
前記の物標運動推定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記フィルタ処理部は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準物標位置と、に基づいて、物標の運動情報を推定する。前記フィルタ処理部は、物標の運動情報を推定するにあたって物標位置の平滑化処理を行う。前記フィルタ処理部は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この次回の予測位置は、運動情報を推定すべき物標の選別に用いられ、選別された物標の前記固定点基準物標位置が当該フィルタ処理部に入力される。
【００１６】
即ち、固定点基準物標位置がフィルタ処理部に入力される本発明の構成は、フィルタ処理部の出力結果が発散し易い上記のような構成（帰還入力的な構成）に対して特に有効である。
【００１７】
前記の物標運動推定装置においては、前記物標相対位置取得部には、前記レーダエコーの取得方位が地球基準での方位で順次入力されることが好ましい。
【００１８】
これにより、物標相対位置の計算処理を簡潔に行うことができる。
【００１９】
前記の物標運動推定装置においては、前記固定点基準物標位置取得部は、ＧＮＳＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＮＳＳアンテナ及びレーダアンテナの設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することが好ましい。
【００２０】
これにより、レーダアンテナとＧＮＳＳアンテナとの設置位置が異なっていたとしても、レーダアンテナの位置を自機位置とすることができるので、物標の運動状態をより精度良く推定することができる。
【００２１】
前記の物標運動推定装置においては、ＧＮＳＳ航法装置から取得される自機位置に応じて、前記フィルタ処理部に前記固定点基準物標位置を入力するか、前記物標相対位置を入力するか、を切り換えることが好ましい。
【００２２】
これにより、ＧＮＳＳ航法装置による測位精度が低下し易い場所においては、固定点基準物標位置ではなく物標相対位置を運動推定に用いることで、運動状態の推定精度の悪化を抑制することができる。
【００２３】
本発明の第２の観点によれば、前記の物標運動推定装置を備えるレーダ装置が提供される。
【００２４】
これにより、物標の運動状態をより高精度で推定することができる有用なレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】物標運動推定装置の構成を示すブロック図。
【図３】追尾物標が定速で直進する一方、自船が急旋回している場合を示す説明図。
【図４】図３の例において、自船を基準とする物標の相対位置の推移を示す図。
【図５】図３の例において、固定点を基準とする物標の位置の推移を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態に係るレーダ装置１１のブロック図である。本実施形態のレーダ装置１１は、漁船等の船舶に備えられる舶用レーダであり、主に他船等の物標の探知に用いられる。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置１１は、アンテナユニット２１と、信号処理部（信号処理装置）２２と、を備えている。
【００２８】
アンテナユニット２１は、移動体としての船舶において所定の位置に取り付けられている。このアンテナユニット２１は、レーダアンテナ１と、検波部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、を備えている。
【００２９】
レーダアンテナ１は、指向性の強いパルス状電波を送信するとともに、物標からのエコー（反射波）を受信できるように構成されている。この構成で、レーダアンテナ１がパルス状電波を送信してからエコーを受信するまでの時間を測定することにより、自船から物標までの距離ｒを知ることができる。また、レーダアンテナ１は水平面内で３６０°回転可能に構成され、パルス状電波の送信方向を変えながら（レーダアンテナ１の角度を変化させながら）電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。この構成により、自船周囲の平面上の物標を３６０°にわたり探知することができる。なお、以下の説明では、パルス状電波を送信してから次のパルス状電波を送信するまでの動作を「スイープ」と呼び、電波の送受信を行いながらレーダアンテナ１を３６０°回転させる動作を「スキャン」と呼ぶことがある。
【００３０】
検波部２は、レーダアンテナ１が受信した信号を検波して増幅し、Ａ／Ｄ変換部３に受信信号を出力する。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換部３は、検波部２から入力されたアナログ形式の受信信号をサンプリングし、複数ビットからなるデジタルデータ（以下、「受信データ」と呼ぶことがある）に変換する。
【００３２】
信号処理部２２は、スイープメモリ４と、二値化処理部５と、物標運動推定部（物標運動推定装置、追尾処理部）６と、画像メモリ７と、画像処理部８と、表示器９と、を備えている。
【００３３】
スイープメモリ４は、受信データを１スイープ分リアルタイムで記憶することができるバッファメモリである。スイープメモリ４には、１スイープの間にサンプリングされた受信データが、時系列順で記憶されている。従って、スイープメモリ４から受信データを読み出すときの読出しアドレスに基づいて、当該受信データに対応するエコー源までの距離ｒを求めることができる。また、図示を省略するが、レーダアンテナ１からは、当該レーダアンテナ１が船首に対して現在どの方向を向いているか（アンテナ角度α）を示すデータが出力されている。従って、スイープメモリ４から受信データを読み出す際は、当該受信データに対応するエコー源の位置を、極座標（ｒ，α）で得ることができる。
【００３４】
二値化処理部５は、スイープメモリ４の信号レベルと、所定の二値化閾値と、を比較することにより二値化を行う。具体的には、二値化処理部５は、信号レベルが二値化閾値以上の場合は「物標がある」ことを示すデータ（例えば、「１」）を出力する。一方、信号レベルが二値化閾値未満の場合は、「物標がない」ことを示すデータ（例えば、「０」）を出力する。二値化処理部５によるレーダエコーの処理結果（二値化処理済データ）は、物標運動推定部６に出力される。
【００３５】
物標運動推定部６は、自船周囲に存在する物標のうち追尾すべき物標について、当該物標の位置及び運動状態（例えば、速度ベクトル）を継続的に検出及び推定し、危険な物標の報知等を行うためのものである。ここで、追尾すべき物標は、自動的に設定される場合と、ユーザがレーダ装置１１を適宜操作することで特別に設定される場合と、が考えられる。追尾すべき物標の位置及び速度の情報は、画像処理部８に出力される。なお、物標運動推定部６の具体的な構成については後述する。
【００３６】
画像メモリ７は、ラスタ形式の二次元画像を記憶できるように構成されている。この構成で、スイープメモリ４が出力する受信データは、当該エコーの平面上の位置を示すようにアドレスが計算された上で、当該アドレスに出力される。これにより、二次元画像上に受信データがプロットされ、結果として、自船周囲の物標の様子を示すラスタ画像形式のレーダ映像が生成される。
【００３７】
画像処理部８は、画像メモリ７に記憶されたレーダ映像に対し、物標運動推定部６が出力する追尾物標の位置及び速度等のデータを重畳するように、画像の合成処理を行う。この結果、例えば、レーダ映像に追尾物標の速度ベクトルが重ね合わせられた形の合成映像を生成することができる。
【００３８】
表示器９は、公知のラスタスキャン式の表示装置として構成されており、画像処理部８の処理結果を画面に表示可能に構成されている。
【００３９】
次に、図２を参照して、物標運動推定部６の詳細な構成を説明する。物標運動推定部６は、物標相対座標取得部（物標相対位置取得部）６１と、固定点基準物標座標取得部（固定点基準物標位置取得部）６２と、推定対象物標選別部６３と、フィルタ処理部６４と、推定真速度取得部６５と、推定相対速度取得部６６と、固定点記憶部６７と、を備える。
【００４０】
物標相対座標取得部６１は、二値化処理部５から入力された二値化処理済データの平面上の連続性を評価し、空間的にまとまって「物標がある」と判断されているデータを抽出した上で、その代表点の座標を得る。即ち、空間的にまとまっているデータは１つの物標からのエコーを示すものと考えられるので、物標相対座標取得部６１は、「物標がある」と判断された連続領域を１つの物標とみなし、その代表点の座標を、物標の位置として求める。
【００４１】
なお、レーダアンテナ１の向きを示すアンテナ角度αは、船首を基準とした相対角度で表されている。一方で、前記レーダアンテナ１には図示しない方位センサが取り付けられており、レーダアンテナ１が現在どの方向を向いているかを示すデータを、地球基準の方位（θ）で出力することもできるようになっている。従って、処理したスイープに関するアンテナ角度θは、物標が自船に対して、地球基準でどの方位にあるかを表すものということができる。
【００４２】
物標相対座標取得部６１は、物標の自船からの距離ｒと、物標の地球基準の方位θと、を用いて表された極座標（ｒ，θ）に基づき、ＸＹ座標系で表した物標の相対位置（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を得る。具体的には、Ｔｒｘ，Ｔｒｙは、以下の式で求められる。
Ｔｒｘ＝ｒsinθ
Ｔｒｙ＝ｒcosθ
こうして得られた物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は、自船を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での物標の位置として表すことができる。物標相対座標取得部６１は、取得した物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）の情報を、固定点基準物標座標取得部６２へ出力する。
【００４３】
固定点基準物標座標取得部６２は、ＧＰＳ航法装置から取得した自船の位置情報（経度及び緯度）に基づき、物標相対座標取得部６１から入力した物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を、適当な固定点を基準とした座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）に変換する。
【００４４】
固定点はどのように決定しても良いが、本実施形態では、レーダ装置１１に電源を投入したときにＧＰＳ航法装置から取得した自船の位置を、前記固定点として採用している。一度設定された固定点の経度及び緯度は、物標運動推定部６が備える固定点記憶部６７に記憶され、この固定点の位置が原則として移動することはない。ただし、例えば追尾すべき物標がいったん無くなった場合は、固定点が当該タイミングにおける自船の位置となるように更新し、固定点記憶部６７に再記憶させても良い。
【００４５】
固定点基準物標座標取得部６２は、現時点での自船の経度及び緯度をＧＰＳ航法装置から取得した上で、前記固定点を基準としたときに自船がどの位置にいるかを計算する。この結果、固定点を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での自船の位置（Ｌｘ，Ｌｙ）を取得することができる。そして固定点基準物標座標取得部６２は、この自船の位置（Ｌｘ，Ｌｙ）と、前記物標の自船に対する相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、に基づき、固定点を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を得ることができる。
【００４６】
具体的には、Ｔａｘ及びＴａｙは、以下の式で求められる。
Ｔａｘ＝Ｔｒｘ＋Ｌｘ
Ｔａｙ＝Ｔｒｙ＋Ｌｙ
固定点基準物標座標取得部６２は、こうして得られた物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を、推定対象物標選別部６３に出力する。
【００４７】
推定対象物標選別部６３は、固定点基準物標座標取得部６２から出力される物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）のうち、追尾すべき物標に係るものだけを選別して、その座標をフィルタ処理部６４に出力する。この推定対象物標選別部６３には、後段のフィルタ処理部６４が出力した、追尾物標の予測位置が入力されるようになっている。推定対象物標選別部６３は、追尾物標の予測位置にマッチする物標のみを抽出し、当該物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）をフィルタ処理部６４へ出力する。
【００４８】
フィルタ処理部６４は、推定対象物標選別部６３から入力された物標の座標から、追尾物標の移動方向（針路）や移動速度等の運動情報を推定する。このフィルタ処理部６４としては、例えば公知のαβトラッカーやカルマンフィルタを用いることができる。
【００４９】
フィルタ処理部６４は、前回のスキャンで得られた追尾物標の推定移動位置と、推定対象物標選別部６３で得られた今回の物標の位置と、を用いて、追尾物標の推定位置を算出する。この際、安定した推定位置が算出されるように、公知のαβトラッカーやカルマンフィルタ等の巡回形のデジタルフィルタを用いたり、移動平均を求めたりすることで、推定位置の平滑化を行っている。
【００５０】
フィルタ処理部６４は、こうして得られた追尾物標の推定位置を、前記画像処理部８へ出力する。また、フィルタ処理部６４は、追尾物標の移動速度を計算により取得する。この追尾物標の移動速度は、今回の推定位置と前回の推定位置との差を求め、この差をその変化に要した時間で除算することにより得ることができる。こうして得られた追尾物標の移動速度は、推定真速度取得部６５に出力される。
【００５１】
更に、フィルタ処理部６４は、上記の追尾物標の位置及び移動速度等に基づいて、次回スキャン時における追尾物標の予測位置を計算する。この予測位置は推定対象物標選別部６３に出力され、追尾物標の物標の選別に用いられる。
【００５２】
推定真速度取得部６５は、フィルタ処理部６４から入力される追尾物標の移動速度を、追尾物標の真速度として取得する。即ち、フィルタ処理部６４に入力される物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）は、上述のとおり自船ではなく固定点を基準とするものである。従って、推定真速度取得部６５は、上記のようにしてフィルタ処理部６４が追尾物標の推定位置から計算した移動速度を、そのまま追尾物標の真速度として採用することができる。推定真速度取得部６５は、こうして取得した追尾物標の真速度及び針路を、推定相対速度取得部６６及び画像処理部８へ出力する。
【００５３】
推定相対速度取得部６６は、推定真速度取得部６５から得られた追尾物標の真速度から、ＧＰＳ航法データより得られる自船の速度を減算することで、自船に対する追尾物標の相対速度を得る。推定相対速度取得部６６は、こうして得られた追尾物標の相対速度を、画像処理部８へ出力する。
【００５４】
以下、上記のように追尾物標の速度を推定する効果について、例を示して説明する。
【００５５】
図３に示すように、海上で自船がＡ→Ｂ→Ｃと旋回しながら進んでいる間に、追尾物標が定速でａ→ｂ→ｃと直進したとする。この例で、物標相対座標取得部６１が計算する物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は、図４のように表される。この図４に示すように、追尾物標は実際には定速で直進しているにもかかわらず、その相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は自船の旋回運動の影響を大きく受け、ジグザグに移動するような軌跡を描く。
【００５６】
従来の構成では、上述のとおり、この相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）が平滑処理部（カルマンフィルタやαβトラッカ等）に入力されていた。従って、平滑処理部の出力結果は追尾物標の自船に対する相対速度となり、これに自船の速度を加算することで追尾物標の真速度を取得していた。しかしながら、上記の平滑処理部の出力は時間遅れを含むために、自船の運動が平滑処理部の出力に十分反映されるまでの間は、その応答遅れの分だけ真速度の推定精度が低下してしまっていた。また、自船の運動が急激に変化した場合は、平滑処理部の出力が安定するまでにある程度の時間を要し、いわゆるオーバーシュートによって真速度の推定精度が低下することも多かった。
【００５７】
この点、本実施形態では、固定点基準物標座標取得部６２が計算する固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が、フィルタ処理部６４に入力される。従って、追尾物標の位置は、自船の運動による影響が事前に取り除かれた形で、フィルタ処理部６４に入力されることになる。これにより、フィルタ処理部６４の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動情報の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、追尾物標の運動情報をより高精度で推定することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、フィルタ処理部６４が現在の物標の位置に基づいて追尾物標の位置を予測し、この予測された物標の位置が推定対象物標選別部６３による物標の選別に用いられ、選別された物標の位置がフィルタ処理部６４に入力される関係（いわゆる帰還入力的な関係）になっている。このような構成では、フィルタ処理部６４に入力される物標位置に大きな乱れが生じた場合、フィルタ処理部６４の出力が発散してしまい、収束するまでにある程度の時間を要することが多い。従って、自船の運動の影響が予め除去された位置情報である固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）がフィルタ処理部６４に入力されるように構成することが、特に有利であるということができる。
【００５９】
次に、前述の二値化処理部５から物標相対座標取得部６１に出力される二値化処理済データについて説明する。この二値化処理済データは極座標で表されるが、その偏角として、レーダアンテナ１の船首基準での角度αを用いる場合と、レーダアンテナ１の地球基準での方位θを用いる場合と、の２通りが考えられる。
【００６０】
この点、本実施形態では、物標相対座標取得部６１は、物標の自船からの距離ｒと、物標の地球基準の方位θと、を用いて表された極座標（ｒ，θ）に基づき、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を求めている。こうすることにより、例えば方位センサの検出結果に基づいて船首基準での角度αから地球基準の方位θへ変換するような処理が不要になるので、処理を簡潔にできるとともに、例えば自船が急旋回した際に、船首基準での角度αから地球基準の方位θへ変換する処理の遅れによって、方位θの精度が低下することを防止できる。
【００６１】
次に、固定点基準物標座標取得部６２がＧＰＳ航法データに基づいて取得する自船位置について説明する。ＧＰＳ航法装置から位置情報（経度及び緯度）を取得する場合、その位置情報が示すのはＧＰＳアンテナの位置である。一方、レーダ装置１１はレーダアンテナ１から電波の送受信を行うのであり、船舶において、当該レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの設置場所が平面視で一致しているとは限らない。
【００６２】
レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの位置の差異は、固定点基準物標座標取得部６２が取得する固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）の精度に悪影響を及ぼす。この点を考慮して、本実施形態では、レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの位置関係を示す情報を別途記憶しておき、ＧＰＳ航法装置から得た位置情報に対して上記位置関係に基づくオフセット処理を行うことで、自船位置がレーダアンテナ１の位置を正確に示すようにすることもできるようになっている。これにより、追尾物標の運動状態をより正確に推定することができる。
【００６３】
以上に示すように、本実施形態の信号処理部２２が備える物標運動推定部６は、物標相対座標取得部６１と、固定点基準物標座標取得部６２と、フィルタ処理部６４と、を備える。物標相対座標取得部６１は、船舶に搭載され、自船を基準とした物標の相対位置を示す相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）をレーダエコーに基づいて取得する。固定点基準物標座標取得部６２は、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、自船の位置と、に基づき、固定点を基準とした物標の位置を示す固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を取得する。フィルタ処理部６４は、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力して物標の運動情報を推定する。
【００６４】
これにより、フィルタ処理部６４には、自船の運動の影響が取り除かれた固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が入力され、これが物標の運動状態の推定に用いられる。従って、フィルタ処理部６４の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動状態の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、追尾物標の運動状態をより高精度で推定することができる。この結果、より正確な危険予測が可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の物標運動推定部６においては、フィルタ処理部６４で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含む。
【００６６】
これにより、追尾物標の針路及び速度を正確に推定することができる。
【００６７】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、フィルタ処理部６４は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）と、に基づいて、物標の運動情報を推定する。また、フィルタ処理部６４は、物標の運動情報を推定するにあたって、物標位置の平滑化処理を行う。そして、フィルタ処理部６４は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この予測された物標位置は、推定対象物標選別部６３において運動情報を推定すべき物標を選別するのに用いられ、選別された物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が当該フィルタ処理部６４に入力される。
【００６８】
即ち、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）ではなく固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）がフィルタ処理部６４に入力される本実施形態の構成は、フィルタ処理部６４の出力結果が発散し易い上記のような構成（帰還入力的な構成）に対して特に有効である。
【００６９】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、物標相対座標取得部６１には、レーダエコーの取得方位が地球基準の方位（θ）で順次入力される。
【００７０】
これにより、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）の計算処理を簡潔に行うことができる。
【００７１】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、固定点基準物標座標取得部６２は、ＧＰＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＰＳアンテナ及びレーダアンテナ１の設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することもできるように構成されている。
【００７２】
これにより、レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナとの設置位置が異なっていたとしても、レーダアンテナ１の位置を自機位置とすることができるので、物標の運動状態をより精度良く推定することができる。
【００７３】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。この変形例においては、ＧＰＳアンテナから得られる位置情報が示す自船の位置に応じて、フィルタ処理部６４に物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力するか、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力するか、を切り換えるものである。
【００７４】
即ち、高緯度においては、ＧＰＳ航法装置より得られる位置情報の精度が低下することが多いため、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）の精度が低下して、物標の運動状態の推定精度が却って悪化するおそれがある。本変形例ではこの事情を考慮し、ＧＰＳ航法装置より得られる自船の位置が北側の境界線（例えば、北緯８５度）を越えて北に移動したとき、又は、南側の境界線（例えば、南緯８５度）を越えて南に移動したときは、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力させず、代わりに、従来と同様に相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力させるようになっている。
【００７５】
フィルタ処理部６４に相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）が入力された場合は、フィルタ処理部６４が推定する物標速度も相対速度になる。従って、この場合、推定真速度取得部６５は、フィルタ処理部６４が出力する相対速度に自船の速度を加算することで、物標の真速度を取得すれば良い。一方、推定相対速度取得部６６は、フィルタ処理部６４が出力する相対速度を、そのまま物標の相対速度として得ることとすれば良い。
【００７６】
また、勿論、自船が高緯度の領域を脱した場合は、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を再び入力させるようにすれば良い。なお、この復帰の判断（相対座標から固定点基準座標に戻す判断）の境界線は、固定点基準座標から相対座標に移行する場合の境界線と同一とせず若干異ならせて、ヒステリシス的な判断とすることが好ましい。ここでは、復帰させる場合の境界線を、（北緯８５度及び南緯８５度ではなく）例えば北緯８０度及び南緯８０度とすることが考えられる。
【００７７】
以上に示すように、本変形例の物標運動推定部は、ＧＰＳ航法装置から取得される自船の位置に応じて、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力するか、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力するか、を切り換える。
【００７８】
これにより、ＧＮＳＳ航法装置による測位精度が低下し易い場所においては、固定点基準座標ではなく相対座標を運動推定に用いることで、運動状態の推定精度の悪化を抑制することができる。
【００７９】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８０】
上記実施形態では、ＧＮＳＳの一例としてＧＰＳを用いた航法装置が用いられているが、他のＧＮＳＳ航法装置を用いる構成であっても良いことは勿論である。
【００８１】
本発明の物標運動推定装置は、船舶に限らず、飛行機、自動車等の任意の移動体に搭載することができる。
【符号の説明】
【００８２】
６ 物標運動推定部（物標運動推定装置）
１１ レーダ装置
６１ 物標相対座標取得部（物標相対位置取得部）
６２ 固定点基準物標座標取得部（固定点基準物標位置取得部）
６４ フィルタ処理部
６５ 推定真速度取得部（物標真速度取得部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、探知機器で探知される物標に関する情報に基づいて、当該探知物標の運動を推定する物標運動推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーダ装置で探知された物標を追尾しつつ、当該物標の真速度及び相対速度を推定して表示する、ＴＴ（Ｔａｒｇｅｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）乃至ＡＲＰＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒａｄａｒ Ｐｌｏｔｔｉｎｇ Ａｉｄ）と呼ばれる装置が提案されている。特許文献１は、この種の物標運動推定装置を開示する。
【０００３】
特許文献１で開示される物標運動推定装置では、物標の位置に関するレーダ信号、自船進路、自船速度等の入力信号に基づいて、探知物標の現時点での位置測定データが作成され、この位置測定データが運動推定部に送られる。運動推定部では、時系列的に送られてくる測定データに基づいて、探知物標の相対運動や真運動を求める。こうして得られる相対運動及び真運動の推定データは、例えばベクトル表示の形で、データ表示部に適宜出力される。
【０００４】
特許文献１は、作成されて運動推定部に送られる位置測定データが各種の外乱を含んでおり、これが運動推定部での推定データの精度を悪化させることを指摘する。そして、特許文献１は、安定した推定データが得られるように、運動推定部において、カルマンフィルタやαβトラッカ等の巡回形デジタルフィルタを用いたり、移動平均を求めたりすることで、平滑化を行って外乱の影響を低減し得ることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の構成において、レーダ信号から得られる物標の位置は、自船を基準とした相対位置で取り扱われる。従って、上記の運動推定部に入力される位置測定データは、探知物標自体の運動のみならず、自船の運動の影響を受ける。
【０００７】
従って、例えば自船の運動状態が急激に変化した場合、位置測定データが大きく変化するために、運動推定部の推定精度を一時的に悪化させることが頻繁に生じていた。しかも、運動推定部においては上記のとおり平滑化処理を行っているため、運動推定結果の出力が時間遅れを含むこととなり、運動推定部の推定精度が回復するのにある程度の時間を要することが多かった。
【０００８】
従って、特許文献１の構成は、自船が発進、停船、変針等を行ったときに、実際には停止しているはずの物標に大きな真速度が生じているような運動推定結果が出力されてユーザを混乱させる場合があり、この点で改善の余地が残されていた。
【０００９】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、自機の運動状態の変化を受けにくい運動推定結果を出力可能な物標運動推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の物標運動推定装置が提供される。即ち、この物標運動推定装置は、物標相対位置取得部と、固定点基準物標位置取得部と、フィルタ処理部と、を備える。前記物標相対位置取得部は、移動体に搭載され、自機位置を基準とした物標の相対位置である物標相対位置をレーダエコーに基づいて取得する。前記固定点基準物標位置取得部は、前記物標相対位置と、前記自機位置と、に基づき、固定点を基準とした前記物標の位置である固定点基準物標位置を取得する。前記フィルタ処理部は、前記固定点基準物標位置を入力して物標の運動情報を推定するフィルタ処理を行う。
【００１２】
これにより、フィルタ処理部には、自船の運動の影響が取り除かれた固定点基準物標位置が入力され、これが物標の運動状態の推定に用いられる。従って、フィルタ処理部の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動状態の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、物標の運動状態をより高精度で推定することができる。
【００１３】
前記の物標運動推定装置においては、前記フィルタ処理部で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含むことが好ましい。
【００１４】
これにより、物標の針路及び速度を正確に推定することができる。
【００１５】
前記の物標運動推定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記フィルタ処理部は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準物標位置と、に基づいて、物標の運動情報を推定する。前記フィルタ処理部は、物標の運動情報を推定するにあたって物標位置の平滑化処理を行う。前記フィルタ処理部は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この次回の予測位置は、運動情報を推定すべき物標の選別に用いられ、選別された物標の前記固定点基準物標位置が当該フィルタ処理部に入力される。
【００１６】
即ち、固定点基準物標位置がフィルタ処理部に入力される本発明の構成は、フィルタ処理部の出力結果が発散し易い上記のような構成（帰還入力的な構成）に対して特に有効である。
【００１７】
前記の物標運動推定装置においては、前記物標相対位置取得部には、前記レーダエコーの取得方位が地球基準での方位で順次入力されることが好ましい。
【００１８】
これにより、物標相対位置の計算処理を簡潔に行うことができる。
【００１９】
前記の物標運動推定装置においては、前記固定点基準物標位置取得部は、ＧＮＳＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＮＳＳアンテナ及びレーダアンテナの設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することが好ましい。
【００２０】
これにより、レーダアンテナとＧＮＳＳアンテナとの設置位置が異なっていたとしても、レーダアンテナの位置を自機位置とすることができるので、物標の運動状態をより精度良く推定することができる。
【００２１】
前記の物標運動推定装置においては、ＧＮＳＳ航法装置から取得される自機位置に応じて、前記フィルタ処理部に前記固定点基準物標位置を入力するか、前記物標相対位置を入力するか、を切り換えることが好ましい。
【００２２】
これにより、ＧＮＳＳ航法装置による測位精度が低下し易い場所においては、固定点基準物標位置ではなく物標相対位置を運動推定に用いることで、運動状態の推定精度の悪化を抑制することができる。
【００２３】
本発明の第２の観点によれば、前記の物標運動推定装置を備えるレーダ装置が提供される。
【００２４】
これにより、物標の運動状態をより高精度で推定することができる有用なレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】物標運動推定装置の構成を示すブロック図。
【図３】追尾物標が定速で直進する一方、自船が急旋回している場合を示す説明図。
【図４】図３の例において、自船を基準とする物標の相対位置の推移を示す図。
【図５】図３の例において、固定点を基準とする物標の位置の推移を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態に係るレーダ装置１１のブロック図である。本実施形態のレーダ装置１１は、漁船等の船舶に備えられる舶用レーダであり、主に他船等の物標の探知に用いられる。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置１１は、アンテナユニット２１と、信号処理部（信号処理装置）２２と、を備えている。
【００２８】
アンテナユニット２１は、移動体としての船舶において所定の位置に取り付けられている。このアンテナユニット２１は、レーダアンテナ１と、検波部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、を備えている。
【００２９】
レーダアンテナ１は、指向性の強いパルス状電波を送信するとともに、物標からのエコー（反射波）を受信できるように構成されている。この構成で、レーダアンテナ１がパルス状電波を送信してからエコーを受信するまでの時間を測定することにより、自船から物標までの距離ｒを知ることができる。また、レーダアンテナ１は水平面内で３６０°回転可能に構成され、パルス状電波の送信方向を変えながら（レーダアンテナ１の角度を変化させながら）電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。この構成により、自船周囲の平面上の物標を３６０°にわたり探知することができる。なお、以下の説明では、パルス状電波を送信してから次のパルス状電波を送信するまでの動作を「スイープ」と呼び、電波の送受信を行いながらレーダアンテナ１を３６０°回転させる動作を「スキャン」と呼ぶことがある。
【００３０】
検波部２は、レーダアンテナ１が受信した信号を検波して増幅し、Ａ／Ｄ変換部３に受信信号を出力する。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換部３は、検波部２から入力されたアナログ形式の受信信号をサンプリングし、複数ビットからなるデジタルデータ（以下、「受信データ」と呼ぶことがある）に変換する。
【００３２】
信号処理部２２は、スイープメモリ４と、二値化処理部５と、物標運動推定部（物標運動推定装置、追尾処理部）６と、画像メモリ７と、画像処理部８と、表示器９と、を備えている。
【００３３】
スイープメモリ４は、受信データを１スイープ分リアルタイムで記憶することができるバッファメモリである。スイープメモリ４には、１スイープの間にサンプリングされた受信データが、時系列順で記憶されている。従って、スイープメモリ４から受信データを読み出すときの読出しアドレスに基づいて、当該受信データに対応するエコー源までの距離ｒを求めることができる。また、図示を省略するが、レーダアンテナ１からは、当該レーダアンテナ１が船首に対して現在どの方向を向いているか（アンテナ角度α）を示すデータが出力されている。従って、スイープメモリ４から受信データを読み出す際は、当該受信データに対応するエコー源の位置を、極座標（ｒ，α）で得ることができる。
【００３４】
二値化処理部５は、スイープメモリ４の信号レベルと、所定の二値化閾値と、を比較することにより二値化を行う。具体的には、二値化処理部５は、信号レベルが二値化閾値以上の場合は「物標がある」ことを示すデータ（例えば、「１」）を出力する。一方、信号レベルが二値化閾値未満の場合は、「物標がない」ことを示すデータ（例えば、「０」）を出力する。二値化処理部５によるレーダエコーの処理結果（二値化処理済データ）は、物標運動推定部６に出力される。
【００３５】
物標運動推定部６は、自船周囲に存在する物標のうち追尾すべき物標について、当該物標の位置及び運動状態（例えば、速度ベクトル）を継続的に検出及び推定し、危険な物標の報知等を行うためのものである。ここで、追尾すべき物標は、自動的に設定される場合と、ユーザがレーダ装置１１を適宜操作することで特別に設定される場合と、が考えられる。追尾すべき物標の位置及び速度の情報は、画像処理部８に出力される。なお、物標運動推定部６の具体的な構成については後述する。
【００３６】
画像メモリ７は、ラスタ形式の二次元画像を記憶できるように構成されている。この構成で、スイープメモリ４が出力する受信データは、当該エコーの平面上の位置を示すようにアドレスが計算された上で、当該アドレスに出力される。これにより、二次元画像上に受信データがプロットされ、結果として、自船周囲の物標の様子を示すラスタ画像形式のレーダ映像が生成される。
【００３７】
画像処理部８は、画像メモリ７に記憶されたレーダ映像に対し、物標運動推定部６が出力する追尾物標の位置及び速度等のデータを重畳するように、画像の合成処理を行う。この結果、例えば、レーダ映像に追尾物標の速度ベクトルが重ね合わせられた形の合成映像を生成することができる。
【００３８】
表示器９は、公知のラスタスキャン式の表示装置として構成されており、画像処理部８の処理結果を画面に表示可能に構成されている。
【００３９】
次に、図２を参照して、物標運動推定部６の詳細な構成を説明する。物標運動推定部６は、物標相対座標取得部（物標相対位置取得部）６１と、固定点基準物標座標取得部（固定点基準物標位置取得部）６２と、推定対象物標選別部６３と、フィルタ処理部６４と、推定真速度取得部６５と、推定相対速度取得部６６と、固定点記憶部６７と、を備える。
【００４０】
物標相対座標取得部６１は、二値化処理部５から入力された二値化処理済データの平面上の連続性を評価し、空間的にまとまって「物標がある」と判断されているデータを抽出した上で、その代表点の座標を得る。即ち、空間的にまとまっているデータは１つの物標からのエコーを示すものと考えられるので、物標相対座標取得部６１は、「物標がある」と判断された連続領域を１つの物標とみなし、その代表点の座標を、物標の位置として求める。
【００４１】
なお、レーダアンテナ１の向きを示すアンテナ角度αは、船首を基準とした相対角度で表されている。一方で、前記レーダアンテナ１には図示しない方位センサが取り付けられており、レーダアンテナ１が現在どの方向を向いているかを示すデータを、地球基準の方位（θ）で出力することもできるようになっている。従って、処理したスイープに関するアンテナ角度θは、物標が自船に対して、地球基準でどの方位にあるかを表すものということができる。
【００４２】
物標相対座標取得部６１は、物標の自船からの距離ｒと、物標の地球基準の方位θと、を用いて表された極座標（ｒ，θ）に基づき、ＸＹ座標系で表した物標の相対位置（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を得る。具体的には、Ｔｒｘ，Ｔｒｙは、以下の式で求められる。
Ｔｒｘ＝ｒsinθ
Ｔｒｙ＝ｒcosθ
こうして得られた物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は、自船を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での物標の位置として表すことができる。物標相対座標取得部６１は、取得した物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）の情報を、固定点基準物標座標取得部６２へ出力する。
【００４３】
固定点基準物標座標取得部６２は、ＧＰＳ航法装置から取得した自船の位置情報（経度及び緯度）に基づき、物標相対座標取得部６１から入力した物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を、適当な固定点を基準とした座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）に変換する。
【００４４】
固定点はどのように決定しても良いが、本実施形態では、レーダ装置１１に電源を投入したときにＧＰＳ航法装置から取得した自船の位置を、前記固定点として採用している。一度設定された固定点の経度及び緯度は、物標運動推定部６が備える固定点記憶部６７に記憶され、この固定点の位置が原則として移動することはない。ただし、例えば追尾すべき物標がいったん無くなった場合は、固定点が当該タイミングにおける自船の位置となるように更新し、固定点記憶部６７に再記憶させても良い。
【００４５】
固定点基準物標座標取得部６２は、現時点での自船の経度及び緯度をＧＰＳ航法装置から取得した上で、前記固定点を基準としたときに自船がどの位置にいるかを計算する。この結果、固定点を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での自船の位置（Ｌｘ，Ｌｙ）を取得することができる。そして固定点基準物標座標取得部６２は、この自船の位置（Ｌｘ，Ｌｙ）と、前記物標の自船に対する相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、に基づき、固定点を原点とし、Ｙ軸が北を向くＸＹ座標平面上での物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を得ることができる。
【００４６】
具体的には、Ｔａｘ及びＴａｙは、以下の式で求められる。
Ｔａｘ＝Ｔｒｘ＋Ｌｘ
Ｔａｙ＝Ｔｒｙ＋Ｌｙ
固定点基準物標座標取得部６２は、こうして得られた物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を、推定対象物標選別部６３に出力する。
【００４７】
推定対象物標選別部６３は、固定点基準物標座標取得部６２から出力される物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）のうち、追尾すべき物標に係るものだけを選別して、その座標をフィルタ処理部６４に出力する。この推定対象物標選別部６３には、後段のフィルタ処理部６４が出力した、追尾物標の予測位置が入力されるようになっている。推定対象物標選別部６３は、追尾物標の予測位置にマッチする物標のみを抽出し、当該物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）をフィルタ処理部６４へ出力する。
【００４８】
フィルタ処理部６４は、推定対象物標選別部６３から入力された物標の座標から、追尾物標の移動方向（針路）や移動速度等の運動情報を推定する。このフィルタ処理部６４としては、例えば公知のαβトラッカーやカルマンフィルタを用いることができる。
【００４９】
フィルタ処理部６４は、前回のスキャンで得られた追尾物標の推定移動位置と、推定対象物標選別部６３で得られた今回の物標の位置と、を用いて、追尾物標の推定位置を算出する。この際、安定した推定位置が算出されるように、公知のαβトラッカーやカルマンフィルタ等の巡回形のデジタルフィルタを用いたり、移動平均を求めたりすることで、推定位置の平滑化を行っている。
【００５０】
フィルタ処理部６４は、こうして得られた追尾物標の推定位置を、前記画像処理部８へ出力する。また、フィルタ処理部６４は、追尾物標の移動速度を計算により取得する。この追尾物標の移動速度は、今回の推定位置と前回の推定位置との差を求め、この差をその変化に要した時間で除算することにより得ることができる。こうして得られた追尾物標の移動速度は、推定真速度取得部６５に出力される。
【００５１】
更に、フィルタ処理部６４は、上記の追尾物標の位置及び移動速度等に基づいて、次回スキャン時における追尾物標の予測位置を計算する。この予測位置は推定対象物標選別部６３に出力され、追尾物標の物標の選別に用いられる。
【００５２】
推定真速度取得部６５は、フィルタ処理部６４から入力される追尾物標の移動速度を、追尾物標の真速度として取得する。即ち、フィルタ処理部６４に入力される物標の座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）は、上述のとおり自船ではなく固定点を基準とするものである。従って、推定真速度取得部６５は、上記のようにしてフィルタ処理部６４が追尾物標の推定位置から計算した移動速度を、そのまま追尾物標の真速度として採用することができる。推定真速度取得部６５は、こうして取得した追尾物標の真速度及び針路を、推定相対速度取得部６６及び画像処理部８へ出力する。
【００５３】
推定相対速度取得部６６は、推定真速度取得部６５から得られた追尾物標の真速度から、ＧＰＳ航法データより得られる自船の速度を減算することで、自船に対する追尾物標の相対速度を得る。推定相対速度取得部６６は、こうして得られた追尾物標の相対速度を、画像処理部８へ出力する。
【００５４】
以下、上記のように追尾物標の速度を推定する効果について、例を示して説明する。
【００５５】
図３に示すように、海上で自船がＡ→Ｂ→Ｃと旋回しながら進んでいる間に、追尾物標が定速でａ→ｂ→ｃと直進したとする。この例で、物標相対座標取得部６１が計算する物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は、図４のように表される。この図４に示すように、追尾物標は実際には定速で直進しているにもかかわらず、その相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）は自船の旋回運動の影響を大きく受け、ジグザグに移動するような軌跡を描く。
【００５６】
従来の構成では、上述のとおり、この相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）が平滑処理部（カルマンフィルタやαβトラッカ等）に入力されていた。従って、平滑処理部の出力結果は追尾物標の自船に対する相対速度となり、これに自船の速度を加算することで追尾物標の真速度を取得していた。しかしながら、上記の平滑処理部の出力は時間遅れを含むために、自船の運動が平滑処理部の出力に十分反映されるまでの間は、その応答遅れの分だけ真速度の推定精度が低下してしまっていた。また、自船の運動が急激に変化した場合は、平滑処理部の出力が安定するまでにある程度の時間を要し、いわゆるオーバーシュートによって真速度の推定精度が低下することも多かった。
【００５７】
この点、本実施形態では、固定点基準物標座標取得部６２が計算する固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が、フィルタ処理部６４に入力される。従って、追尾物標の位置は、自船の運動による影響が事前に取り除かれた形で、フィルタ処理部６４に入力されることになる。これにより、フィルタ処理部６４の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動情報の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、追尾物標の運動情報をより高精度で推定することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、フィルタ処理部６４が現在の物標の位置に基づいて追尾物標の位置を予測し、この予測された物標の位置が推定対象物標選別部６３による物標の選別に用いられ、選別された物標の位置がフィルタ処理部６４に入力される関係（いわゆる帰還入力的な関係）になっている。このような構成では、フィルタ処理部６４に入力される物標位置に大きな乱れが生じた場合、フィルタ処理部６４の出力が発散してしまい、収束するまでにある程度の時間を要することが多い。従って、自船の運動の影響が予め除去された位置情報である固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）がフィルタ処理部６４に入力されるように構成することが、特に有利であるということができる。
【００５９】
次に、前述の二値化処理部５から物標相対座標取得部６１に出力される二値化処理済データについて説明する。この二値化処理済データは極座標で表されるが、その偏角として、レーダアンテナ１の船首基準での角度αを用いる場合と、レーダアンテナ１の地球基準での方位θを用いる場合と、の２通りが考えられる。
【００６０】
この点、本実施形態では、物標相対座標取得部６１は、物標の自船からの距離ｒと、物標の地球基準の方位θと、を用いて表された極座標（ｒ，θ）に基づき、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を求めている。こうすることにより、例えば方位センサの検出結果に基づいて船首基準での角度αから地球基準の方位θへ変換するような処理が不要になるので、処理を簡潔にできるとともに、例えば自船が急旋回した際に、船首基準での角度αから地球基準の方位θへ変換する処理の遅れによって、方位θの精度が低下することを防止できる。
【００６１】
次に、固定点基準物標座標取得部６２がＧＰＳ航法データに基づいて取得する自船位置について説明する。ＧＰＳ航法装置から位置情報（経度及び緯度）を取得する場合、その位置情報が示すのはＧＰＳアンテナの位置である。一方、レーダ装置１１はレーダアンテナ１から電波の送受信を行うのであり、船舶において、当該レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの設置場所が平面視で一致しているとは限らない。
【００６２】
レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの位置の差異は、固定点基準物標座標取得部６２が取得する固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）の精度に悪影響を及ぼす。この点を考慮して、本実施形態では、レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナの位置関係を示す情報を別途記憶しておき、ＧＰＳ航法装置から得た位置情報に対して上記位置関係に基づくオフセット処理を行うことで、自船位置がレーダアンテナ１の位置を正確に示すようにすることもできるようになっている。これにより、追尾物標の運動状態をより正確に推定することができる。
【００６３】
以上に示すように、本実施形態の信号処理部２２が備える物標運動推定部６は、物標相対座標取得部６１と、固定点基準物標座標取得部６２と、フィルタ処理部６４と、を備える。物標相対座標取得部６１は、船舶に搭載され、自船を基準とした物標の相対位置を示す相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）をレーダエコーに基づいて取得する。固定点基準物標座標取得部６２は、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）と、自船の位置と、に基づき、固定点を基準とした物標の位置を示す固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を取得する。フィルタ処理部６４は、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力して物標の運動情報を推定する。
【００６４】
これにより、フィルタ処理部６４には、自船の運動の影響が取り除かれた固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が入力され、これが物標の運動状態の推定に用いられる。従って、フィルタ処理部６４の出力が時間遅れを含んでいても、自船の運動が物標の運動状態の推定に悪影響を及ぼすことを防止できるので、追尾物標の運動状態をより高精度で推定することができる。この結果、より正確な危険予測が可能になる。
【００６５】
また、本実施形態の物標運動推定部６においては、フィルタ処理部６４で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含む。
【００６６】
これにより、追尾物標の針路及び速度を正確に推定することができる。
【００６７】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、フィルタ処理部６４は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）と、に基づいて、物標の運動情報を推定する。また、フィルタ処理部６４は、物標の運動情報を推定するにあたって、物標位置の平滑化処理を行う。そして、フィルタ処理部６４は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この予測された物標位置は、推定対象物標選別部６３において運動情報を推定すべき物標を選別するのに用いられ、選別された物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）が当該フィルタ処理部６４に入力される。
【００６８】
即ち、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）ではなく固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）がフィルタ処理部６４に入力される本実施形態の構成は、フィルタ処理部６４の出力結果が発散し易い上記のような構成（帰還入力的な構成）に対して特に有効である。
【００６９】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、物標相対座標取得部６１には、レーダエコーの取得方位が地球基準の方位（θ）で順次入力される。
【００７０】
これにより、物標の相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）の計算処理を簡潔に行うことができる。
【００７１】
また、本実施形態の物標運動推定部６において、固定点基準物標座標取得部６２は、ＧＰＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＰＳアンテナ及びレーダアンテナ１の設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することもできるように構成されている。
【００７２】
これにより、レーダアンテナ１とＧＰＳアンテナとの設置位置が異なっていたとしても、レーダアンテナ１の位置を自機位置とすることができるので、物標の運動状態をより精度良く推定することができる。
【００７３】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。この変形例においては、ＧＰＳアンテナから得られる位置情報が示す自船の位置に応じて、フィルタ処理部６４に物標の固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力するか、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力するか、を切り換えるものである。
【００７４】
即ち、高緯度においては、ＧＰＳ航法装置より得られる位置情報の精度が低下することが多いため、固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）の精度が低下して、物標の運動状態の推定精度が却って悪化するおそれがある。本変形例ではこの事情を考慮し、ＧＰＳ航法装置より得られる自船の位置が北側の境界線（例えば、北緯８５度）を越えて北に移動したとき、又は、南側の境界線（例えば、南緯８５度）を越えて南に移動したときは、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力させず、代わりに、従来と同様に相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力させるようになっている。
【００７５】
フィルタ処理部６４に相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）が入力された場合は、フィルタ処理部６４が推定する物標速度も相対速度になる。従って、この場合、推定真速度取得部６５は、フィルタ処理部６４が出力する相対速度に自船の速度を加算することで、物標の真速度を取得すれば良い。一方、推定相対速度取得部６６は、フィルタ処理部６４が出力する相対速度を、そのまま物標の相対速度として得ることとすれば良い。
【００７６】
また、勿論、自船が高緯度の領域を脱した場合は、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を再び入力させるようにすれば良い。なお、この復帰の判断（相対座標から固定点基準座標に戻す判断）の境界線は、固定点基準座標から相対座標に移行する場合の境界線と同一とせず若干異ならせて、ヒステリシス的な判断とすることが好ましい。ここでは、復帰させる場合の境界線を、（北緯８５度及び南緯８５度ではなく）例えば北緯８０度及び南緯８０度とすることが考えられる。
【００７７】
以上に示すように、本変形例の物標運動推定部は、ＧＰＳ航法装置から取得される自船の位置に応じて、フィルタ処理部６４に固定点基準座標（Ｔａｘ，Ｔａｙ）を入力するか、相対座標（Ｔｒｘ，Ｔｒｙ）を入力するか、を切り換える。
【００７８】
これにより、ＧＮＳＳ航法装置による測位精度が低下し易い場所においては、固定点基準座標ではなく相対座標を運動推定に用いることで、運動状態の推定精度の悪化を抑制することができる。
【００７９】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８０】
上記実施形態では、ＧＮＳＳの一例としてＧＰＳを用いた航法装置が用いられているが、他のＧＮＳＳ航法装置を用いる構成であっても良いことは勿論である。
【００８１】
本発明の物標運動推定装置は、船舶に限らず、飛行機、自動車等の任意の移動体に搭載することができる。
【符号の説明】
【００８２】
６ 物標運動推定部（物標運動推定装置）
１１ レーダ装置
６１ 物標相対座標取得部（物標相対位置取得部）
６２ 固定点基準物標座標取得部（固定点基準物標位置取得部）
６４ フィルタ処理部
６５ 推定真速度取得部（物標真速度取得部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、自機位置を基準とした物標の相対位置である物標相対位置をレーダエコーに基づいて取得する物標相対位置取得部と、
前記物標相対位置と、前記自機位置と、に基づき、固定点を基準とした前記物標の位置である固定点基準物標位置を取得する固定点基準物標位置取得部と、
前記固定点基準物標位置を入力して物標の運動情報を推定するフィルタ処理部と、
を備えることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物標運動推定装置であって、
前記フィルタ処理部で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含むことを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物標運動推定装置であって、
前記フィルタ処理部は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準物標位置と、に基づいて、物標の運動情報を推定し、
前記フィルタ処理部は、物標の運動情報を推定するにあたって物標位置の平滑化処理を行い、
前記フィルタ処理部は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この予測された物標位置は、運動情報を推定すべき物標の選別に用いられ、選別された物標の前記固定点基準物標位置が当該フィルタ処理部に入力されることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
前記物標相対位置取得部には、前記レーダエコーの取得方位が地球基準での方位で順次入力されることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
前記固定点基準物標位置取得部は、ＧＮＳＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＮＳＳアンテナ及びレーダアンテナの設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
ＧＮＳＳ航法装置から取得される自機位置に応じて、前記フィルタ処理部に前記固定点基準物標位置を入力するか、前記物標相対位置を入力するか、を切り換えることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の物標運動推定装置を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１】
移動体に搭載され、自機位置を基準とした物標の相対位置である物標相対位置をレーダエコーに基づいて取得する物標相対位置取得部と、
前記物標相対位置と、前記自機位置と、に基づき、固定点を基準とした前記物標の位置である固定点基準物標位置を取得する固定点基準物標位置取得部と、
前記固定点基準物標位置を入力して物標の運動情報を推定するフィルタ処理部と、
を備えることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物標運動推定装置であって、
前記フィルタ処理部で推定される物標の運動情報が、物標の針路及び速度を含むことを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物標運動推定装置であって、
前記フィルタ処理部は、前回に推定した物標の運動情報と、入力された固定点基準物標位置と、に基づいて、物標の運動情報を推定し、
前記フィルタ処理部は、物標の運動情報を推定するにあたって物標位置の平滑化処理を行い、
前記フィルタ処理部は、推定した物標の運動情報に基づいて次回の物標位置を予測し、この予測された物標位置は、運動情報を推定すべき物標の選別に用いられ、選別された物標の前記固定点基準物標位置が当該フィルタ処理部に入力されることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
前記物標相対位置取得部には、前記レーダエコーの取得方位が地球基準での方位で順次入力されることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
前記固定点基準物標位置取得部は、ＧＮＳＳ航法装置から取得される位置情報に対し、ＧＮＳＳアンテナ及びレーダアンテナの設置位置に基づくオフセット処理を行うことで自機位置を取得することを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の物標運動推定装置であって、
ＧＮＳＳ航法装置から取得される自機位置に応じて、前記フィルタ処理部に前記固定点基準物標位置を入力するか、前記物標相対位置を入力するか、を切り換えることを特徴とする物標運動推定装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の物標運動推定装置を備えることを特徴とするレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５４６４７（Ｐ２０１２−１５４６４７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３９３（Ｐ２０１１−１１３９３）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]