雷达装置以及物标追踪方法与流程

本发明主要涉及具有追踪物标的功能并判定是否追踪物标的雷达装置。

背景技术：

以往，已知具有基于雷达天线接收到的回波信号来追踪物标的tt(目标跟踪(targettracking))功能的雷达装置。tt功能是基于过去的雷达影像的推移而检测存在于自船周围的物标的位置的推移的功能。通过该tt功能，能够例如将与自船存在冲突的可能性的物标附加规定的符号而显示。

专利文献1公开具有tt功能的雷达装置。专利文献1的雷达装置在自船的后方设定规定的区域，在追踪中的物标位于该区域内时停止物标的追踪。

专利文献2存储过去的物标数据，追溯使用该过去的物标数据，从而算出被用户指定的特定物标的当前的速度矢量。

专利文献3公开针对被判定为有可能向自船冲突的物标自动地开始追踪的雷达装置。专利文献3的雷达装置基于至物标的距离、物标的速度、cpa(最近会遇点：closestpointofapproach)等来判定冲突可能性。其中关于物标的速度，基于每次扫描得到的物标的位置的变化，求得该物标的速度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2004-309246号公报

专利文献2：(日本)特开2000-304853号公报

专利文献3：(日本)特开2014-235040号公报

技术实现要素：

在专利文献3中，基于物标的速度来判定是否开始追踪。但是，在专利文献3中，没有考虑物标的速度的朝向，所以对正在接近自船的物标和正在远离自船的物标都同样地对待。此外，在专利文献2以及3中，使用物标的位置变化来算出物标的速度，所以需要在上次的扫描和此次的扫描之间确定基于相同的物标的雷达回波，所以处理量变多。

本发明是鉴于以上的情况而完成的，其主要目的在于，提供在具有tt功能的雷达装置中，通过简单的处理而仅提取冲突可能性高的物标并自动地追踪该物标的结构。

本发明所要解决的课题如以上那样，接着说明用于解决该课题的手段及其效果。

根据本发明的观点，提供以下的结构的雷达装置。即，该雷达装置具备接近速度算出部、追踪判定部、追踪处理部和显示控制部。所述接近速度算出部基于雷达天线收发的电磁波的相位变化或频率变化，算出得到了反射波的物标在所述电磁波的发送方向上的速度分量即接近速度。所述追踪判定部基于所述物标的所述接近速度，判定是否追踪该物标。所述追踪处理部自动地追踪由所述追踪判定部判定为进行追踪的所述物标。所述显示控制部将所述追踪处理部的追踪结果与雷达影像一起显示。

由此，能够基于物标朝向本装置的速度即接近速度来判定是否追踪物标，因此能够自动地追踪向本装置(详细而言搭载了本装置的移动体等)的冲突可能性高的物标。此外，在如专利文献2以及3那样使用物标的位置变化来算出接近速度的情况下，需要在上次的扫描与此次的扫描之间确定基于相同的物标的雷达回波，所以处理量变多。关于该点，通过使用电磁波的相位变化或频率变化来算出接近速度，从而能够通过一次扫描而算出物标的接近速度，而不会进行如专利文献2以及3那样的雷达回波的确定处理，能够降低算出接近速度所花费的处理量。

在所述的雷达装置中，优选所述追踪判定部基于通过一次扫描而算出的所述接近速度，判定是否追踪所述物标。

由此，与专利文献2以及3不同，能够通过一次扫描而算出物标的接近速度，因此能够快速判定是否追踪物标。

在所述的雷达装置中，优选设为以下的结构。即，还具备存储部，其将通过多次扫描而算出的多个所述接近速度按每个所述物标进行存储。所述追踪判定部具备第一提取部和第二提取部。所述第一提取部基于通过一次扫描而算出的所述接近速度，提取成为追踪候选的所述物标。所述第二提取部仅针对所述第一提取部提取出的所述物标，基于通过多次扫描而算出的多个所述接近速度，判定是否追踪所述物标。

由此，在第二提取部中基于多个接近速度进行判定，所以需要确定基于相同的物标的雷达回波，处理量变多。关于该点，在上述的结构中，第二提取部仅针对第一提取部提取出的物标进行判定，所以能够大幅度降低处理量。

在所述的雷达装置中，优选所述第二提取部针对通过多次扫描而得到的雷达回波，进行用于确定基于同一所述物标的雷达回波的确定处理，在该确定处理中，至少使用所述接近速度，确定基于同一所述物标的雷达回波。

由此，能够将接近速度算出部求得的接近速度不仅用于判定追踪，还用于确定雷达回波。

在所述的雷达装置中，优选所述接近速度是所述电磁波的发送方向上的所述物标的速度分量。

由此，能够检测没有移动的物标(即航路浮标等)，因此能够防止追踪没有移动的物标。

在所述的雷达装置中，优选所述接近速度是所述电磁波的发送方向上的所述物标相对于本装置的相对速度。

由此，能够准确地检测物标接近本装置的速度，因此能够仅选择向本装置的冲突可能性高的物标并进行追踪。

在所述的雷达装置中，优选设为以下的结构。即，该雷达装置具备检测用于决定所述物标的代表位置的代表点的代表点检测部。所述追踪判定部基于按所述雷达天线通过一次扫描而接收到的来自所述物标的多个所述电磁波分别算出的多个所述接近速度，判定是否追踪该物标。

由此，基于多个接近速度进行判定，所以能够提高判定的精度。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的雷达装置的框图。

图2是表示在显示部中显示的雷达影像的例子的图。

图3是说明多普勒相对速度vx1、vy1、vz1的图。

图4是说明多普勒绝对速度vx2-0、vy2-0、vz2-0的图。

图5是示意性地表示物标的代表点的图。

标记说明：

1雷达装置

10天线单元

11雷达天线

24接近速度算出部

25代表点检测部

26追踪判定部

27追踪处理部

28接近速度存储部(存储部)

31第一提取部

32第二提取部。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施方式。图1是本发明的一实施方式所涉及的雷达装置1的框图。

图1所示的本实施方式的雷达装置1被搭载于船舶，主要用于探知他船等物标。雷达装置1通过由半导体构成的图略的振荡器而生成向外部发送的脉冲状的电磁波。雷达装置1通过一边使雷达天线11在水平面内旋转一边进行电磁波的收发，从而探知本装置(自船)的周围。雷达天线11构成为一边在水平面内旋转，一边反复进行电波的收发。在以上的结构中，能够在水平面内，以自船为中心遍及360°进行扫描。

另外，也可以使用不使雷达天线11旋转的结构的雷达装置。例如，在整个周向上具有天线元件的结构的雷达装置、或仅探知前方等特定方向的雷达装置等不需要使雷达天线旋转。此外，雷达天线11除了通过一个天线来进行电波的收发之外，也可以分别具有发送用和接收用的天线。

如图1所示，雷达装置1具备天线单元10和雷达控制装置20。

天线单元10被安装在自船的规定的位置(例如桅杆)。天线单元10具备雷达天线11和收发部12。

雷达天线11能够发送具有尖锐的指向性的脉冲状的电磁波，且接收来自处于本装置的周围的物标的反射波。另外，在以下的说明中，有时将从发送电磁波起至发送下一电磁波为止的动作称为“距离扫掠(sweep)”，将一边进行电磁波的收发一边使雷达天线11旋转一次的动作称为“扫描(scan)”。

收发部12对雷达天线11接收到的信号进行处理，将处理后的数据(以下称为接收数据)输出至雷达控制装置20。在接收数据中，包含表示雷达回波的位置以及振幅的信息。作为收发部12进行的处理，例如，存在放大处理、频率的下变频(downconvert)处理、a/d转换等。

雷达控制装置20具备距离扫掠存储器21、显示控制部22、显示部23、接近速度算出部24、代表点检测部25、追踪判定部26、追踪处理部27、接近速度存储部(存储部)28。显示控制部22、接近速度算出部24、代表点检测部25、追踪判定部26以及追踪处理部27通过雷达装置1具备的未图示的fpga、asic或cpu等运算处理部来实现。

距离扫掠存储器21是能够实时存储一距离扫掠量的接收数据的缓冲存储器。在距离扫掠存储器21中，在一次距离扫掠的期间得到的接收数据按时序顺序被存储。

显示控制部22能够通过对在距离扫掠存储器中存储的接收数据进行公知的信号处理，制作雷达影像。具体而言，显示控制部22基于雷达天线11发送电磁波的定时与接收电磁波的定时的时间差，算出至物标的距离。此外，显示控制部22通过接收到电磁波时的雷达天线11的朝向(电磁波的收发方向)，取得物标存在的方向。以上那样，显示控制部22进行用于生成表示自船的周围的物标的位置的雷达影像并进行显示的控制(显示控制步骤)。

显示部23由液晶显示器等构成，对显示控制部22生成的影像进行显示。图2示出雷达影像的一例。若简单说明雷达影像，同心圆状的中心表示自船的位置，多个雷达回波42被显示。此外，对一部分雷达回波42示出tt符号43。tt符号43表示后述的追踪处理部27进行追踪的物标的雷达回波42。

接近速度算出部24基于雷达天线11收发的电磁波的相位变化进行多普勒处理，从而算出得到了反射波的物标的接近速度(接近速度算出步骤)。接近速度是电磁波的发送方向上的物标的速度分量，是在判断是否追踪物标中使用的速度。在本实施方式中，“物标的速度”意味着“物标的绝对速度”。接近速度是标量，例如将接近自船的速度设为正，将远离自船的速度设为负(也可以相反)。接近速度算出部24具备多普勒处理部24a和多普勒绝对速度算出部24b。

多普勒处理部24a通过脉冲多普勒(脉冲对)法而求得多普勒频率，基于该多普勒频率而算出物标的多普勒速度。具体而言，多普勒处理部24a针对通过连续的多个距离扫掠从同一物标得到的反射波，求得最初的距离扫掠中的反射波的载波与下一距离扫掠中的反射波的载波之间的相位变化。并且，基于该相位变化，算出多个点的各自的多普勒频率。多普勒处理部24a基于该多普勒频率，算出多普勒相对速度。

多普勒相对速度是电磁波的发送方向上的物标相对于本装置的相对速度。多普勒频率基于物标和自船的相对速度而产生，所以仅根据多普勒频率，算出多普勒相对速度。一般而言，在简称为多普勒速度的情况下，表示多普勒相对速度。

多普勒绝对速度算出部24b基于多普勒处理部24a求得的多普勒相对速度，算出多普勒绝对速度。在此，对雷达控制装置20，从外部的船速计2输入自船的船速。因此，基于多普勒相对速度和自船的船速，能够算出多普勒绝对速度(电磁波的发送方向上的物标的绝对速度)。另外，多普勒相对速度以及多普勒绝对速度是标量，与接近速度同样地被设定正负。

以下，参照图3以及图4说明多普勒相对速度和多普勒绝对速度。图3是说明多普勒绝对速度的图。图4是说明多普勒相对速度的图。

如图3所示，考虑他船x、他船y以及航路浮标z存在于自船的周围的状况。将自船的多普勒处理部24a求得的、他船x的多普勒相对速度设为vx1，他船y的多普勒相对速度设为vy1，航路浮标z的多普勒相对速度设为vz1。多普勒相对速度是电波的发送方向上的物标相对于自船的速度分量，换言之是将自船(本装置)和对象的物标连结的直线的方向上的该物标相对于自船的速度分量。另外，航路浮标基本上不移动，但由于自船移动，所以相对于自船的相对速度不是0。

接着，考虑自船、他船x、他船y以及航路浮标z的绝对速度以及多普勒绝对速度。如图4所示，将自船、他船x、他船y以及航路浮标z的绝对速度分别设为v2、vx2、vy2以及vz2。另外，由于航路浮标z在海上被固定，所以vz2成为0或接近于0。此外，将他船x存在的方向上的自船的绝对速度v2的速度分量设为v2-x，将他船y存在的方向上的自船的绝对速度v2的速度分量设为v2-y，将航路浮标z存在的方向上的自船的绝对速度v2的速度分量设为v2-z。此外，将自船存在的方向上的他船x的绝对速度vx2的速度分量设为vx2-0。同样，将自船存在的方向上的他船y的绝对速度vy2的速度分量设为vy2-0。在此，vx2-0以及vy2-0是电磁波的发送方向的速度分量，所以是多普勒绝对速度。

根据一般的相对速度与绝对速度的关系，“多普勒相对速度＝多普勒绝对速度-物标存在的方向上的自船的绝对速度”成立。从而，“多普勒绝对速度＝多普勒相对速度+物标存在的方向上的自船的绝对速度”成立。多普勒绝对速度算出部24b基于该式，算出多普勒绝对速度。接近速度算出部24对接收数据附加接近速度(多普勒绝对速度)的信息，并输出至代表点检测部25。

代表点检测部25根据通过收发电磁波而得到的雷达回波，检测决定物标的代表位置的代表点。即，雷达回波在水平方向上具有大小，所以为了决定在进行各种运算的情况下的物标的位置而设定代表点。具体而言，代表点检测部25基于接收数据，检测图5所示的基准点、雷达回波的纵深(距离方向的长度)、雷达回波的宽度(方位方向的长度)。由此，能够确定接收数据是基于哪个物标而得到的。并且，代表点检测部25基于基准点、纵深以及宽度，求得雷达回波的中心(在本实施方式中为代表点)。另外，在本实施方式中，将雷达回波的中心设为代表点，但也可以将这以外设为代表点。代表点检测部25对接收数据附加基于哪个物标这样的信息，并输出至追踪判定部26。

追踪判定部26基于接近速度算出部24求得的物标的接近速度，判定是否追踪该物标(追踪判定步骤)。在此，如图5所示，在通过一次扫描从一个物标返回三个以上的反射波的情况下，根据一个物标算出多个接近速度。在该情况下，基于对每个反射波(每个电磁波)算出的多个接近速度，求得该物标的接近速度。在本实施方式中，将取多个接近速度的平均而得的值设为相应的物标的接近速度。

追踪判定部26具备第一提取部31和第二提取部32。

第一提取部31针对所探知到的物标，提取满足第一提取条件的物标(成为追踪候选的物标)。第一提取条件是通过一次扫描而算出的物标的接近速度为规定的阈值(＞0)以上。即，接近速度为正且越大，则接近自船的速度越快，所以冲突的危险性高。从而，作为阈值，设定正值。特别是，在本实施方式中，使用多普勒绝对速度作为接近速度，所以能够将航路浮标的接近速度设为0或接近于0，因此能够防止航路浮标被提取。此外，第一提取部31在每次被输入新的接收数据时，针对雷达回波，进行第一提取处理。

第二提取部32仅针对第一提取部31提取出的物标，基于通过多次扫描而算出的多个所述接近速度，判定是否满足第二提取条件(第二提取处理)。本实施方式的第二提取条件是接近速度连续n次以上为所述阈值(＞0)以上。第二提取部32具备确定部32a和运算部32b。

在此，在接近速度存储部28中，基于从第二提取部32输出的信息，存储与通过上次的扫描而检测到的雷达回波相关的信息。具体而言，不仅存储雷达回波的位置、大小、接近速度，还存储连续成为阈值以上的次数。

确定部32a针对通过多次扫描而得到的雷达回波，确定基于同一物标的雷达回波。具体而言，对于确定部32a，从第一提取部31输入通过此次的扫描而检测到的雷达回波。此外，确定部32a从接近速度存储部28读出通过上次的扫描而检测到的雷达回波的位置、大小、接近速度等。

确定部32a基于位置、大小以及接近速度，确定由第一提取部31提取出的雷达回波与从接近速度存储部28读出的哪个雷达回波对应(确定基于同一物标的雷达回波)。确定部32a在针对由第一提取部31提取出的雷达回波，对应的雷达回波没有存储在接近速度存储部28中的情况下，将超过阈值的次数设为1次，并输出至运算部32b。确定部32a在针对由第一提取部31提取出的雷达回波，对应的雷达回波被存储在接近速度存储部28中的情况下，将超过阈值的次数增加一，并输出至运算部32b。

运算部32b针对接近速度成为阈值以上的次数成为n次以上的物标，生成指示开始追踪该物标的信号(追踪开始信号)，并输出至追踪处理部27。运算部32b针对接近速度成为阈值以上的次数小于n次的物标，将与物标相关的信息存储至接近速度存储部28(存储步骤)。在此，针对在上次的扫描中接近速度为阈值以上，且没有在此次的扫描中检测到的物标，不传送至运算部32b，所以从接近速度存储部28删除。

通过持续进行以上的处理，能够提取接近速度超过阈值的次数为n次的物标，并指示追踪的开始。

追踪处理部27仅自动地追踪通过从追踪判定部26输出的追踪开始信号而确定的物标，输出该追踪结果(追踪处理步骤)。追踪所确定的物标的功能被称为tt(目标跟踪：targettracking)功能。由于tt功能是公知的，因此省略详细的说明，基于通过收发电磁波而得到的接收数据，自动地捕捉物标的位置，且基于时间推移而追踪该物标的移动，从而估计速度矢量。由追踪处理部27得到的追踪结果被输出至显示控制部22，追踪结果与雷达影像一起被显示在显示部23中。

确定部32a进行的确定处理自以往就被进行，但处理量非常多。这是因为，例如在检测雷达回波为约1000点的物标的情况下，需要确定通过此次的扫描而检测到的1000点的物标与通过上次的扫描而检测到的1000点的物标的对应关系。在专利文献2以及3中，基于物标的位置变化而检测物标的速度，所以需要进行确定约1000点彼此的对应关系的处理。关于该点，在本实施方式中，能够通过一次扫描而算出速度。例如，在接近速度超过阈值的物标(第一提取部31提取出的物标)为约10点的情况下，确定约10点的物标彼此的对应关系即可，所以能够大幅度降低处理量。

如以上说明那样，本实施方式的雷达装置1具备接近速度算出部24、追踪判定部26、追踪处理部27和显示控制部22。所述接近速度算出部24基于雷达天线11收发的电磁波的相位变化，算出得到了反射波的物标在电磁波的发送方向上的速度分量即接近速度。所述追踪判定部26基于所述物标的所述接近速度，判定是否进行该物标的追踪。追踪处理部27自动地追踪由追踪判定部26判定为进行追踪的物标。显示控制部22将追踪处理部27的追踪结果与雷达影像一起显示。

由此，由于能够基于物标朝向本装置的速度即接近速度来判定是否进行追踪，因此能够自动地追踪向本装置(详细而言搭载了本装置的移动体等)的冲突可能性高的物标。此外，能够通过一次扫描而算出物标的接近速度而不进行专利文献2以及3那样的雷达回波的确定处理，所以能够降低算出接近速度所花费的处理量。

以上说明了本发明的优选的实施方式，但上述的结构能够例如以下那样进行变更。

在上述实施方式中，构成为仅自动地追踪通过追踪判定部26判定为进行追踪的物标，但代替于此，也可以构成为不仅自动地追踪由追踪判定部26确定的物标，还自动地追踪通过其他的处理确定的物标。进而，追踪处理部27也可以具有追踪用户指示的物标的功能，也可以具有根据用户的指示而解除物标的追踪的功能。另外，在根据用户的指示而解除了物标的追踪的情况下，其后，为了防止解除了追踪的物标再次被自动地追踪，也可以将从用户解除了追踪之意与物标相对应而存储。

在上述实施方式中，通过第一提取部31和第二提取部32进行二阶段提取处理，但提取处理也可以是一个阶段。例如，也可以以通过一次扫描而得到的物标的接近速度为阈值以上为条件，开始该物标的追踪。此外，提取处理也可以为三个阶段以上。

在上述实施方式中，第一提取条件和第二提取条件的阈值相同，但也可以不同。此外，第二提取条件设为需要连续为阈值以上，但也可以在通过多次扫描而算出的接近速度的平均值为阈值以上的情况下开始追踪。

另外，本实施方式的第一提取条件以及第二提取条件仅是物标的接近速度，但也可以追加其他条件。例如，在第一提取条件以及第二提取条件的至少一方中，除了与接近速度相关的条件之外，也可以追加自船至物标的距离为规定以下这样的条件。此外，除了自船至物标的距离的条件之外或代替于此，也可以追加与物标的大小相关的条件(物标的大小为阈值以上或阈值以下，或其双方)。

在上述实施方式中，使用多普勒绝对速度作为接近速度，但也可以使用多普勒相对速度。在该情况下，还存在追踪航路浮标的可能性，但能够基于他船与自船实际接近的速度来提取开始追踪的物标。

在上述实施方式中，构成雷达控制装置20的各部被配置在一个箱体内，但也可以是至少一个被配置在物理上分离的位置上。例如，也可以在雷达天线11的附近的变速器内，配置有距离扫掠存储器21～接近速度存储部28之中至少任一个。

在上述实施方式中，设为通过脉冲多普勒法求得多普勒频率，基于该多普勒频率算出物标的多普勒速度。但是，多普勒速度的算出方法不限于此，例如也可以代替于此，基于收发的电磁波的频率变化而算出多普勒速度。此外，也可以不算出多普勒频率而是仅根据通过一次距离扫掠而得到的回波直接算出多普勒速度。

搭载本发明的雷达装置的移动体不限于船舶，例如也可以是被搭载于飞机、汽车等的结构。