雷达装置的制作方法

专利名称：雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达装置。具体而言，尤其涉及一种判定碰撞危险度高的目标物 后，将该目标物容易识别地显示的雷达装置。
背景技术：
普通雷达装置在显示雷达映像时，用对应于接收到的回波的强度的显示颜色显示 目标物。使用这种雷达装置，操作员需通过观测数次扫频的雷达映像，凭借经验判断显示在 画面上的目标物是否会妨碍航行(是否存在碰撞的危险)。可是，在操作员不熟悉雷达映像的情况下，很难判断所显示的目标物是否会妨碍 航行。另外，即使在操作员熟悉雷达映像的情况下，也需连续观测至少数次扫频的雷达映像 才能判断碰撞的危险度。对此，专利文献1公开了一种他船显示装置，其以高视认性(用人眼容易确认)显 示碰撞危险度高的他船，以低视认性(用人眼不容易确认)显示碰撞危险度低的他船。据 此，进行能够达到回避碰撞的目的、且高视认性的显示。公知技术文献专利文献专利文献1日本特开2003-48595号公报可是，作为检测他船的信息的手段，专利文献1采用了 AIS(船舶自动识别装置) 和ARPA (碰撞预防自动支援装置)。ARPA是一种从之前的雷达映像的推移检测目标物的移动矢量(速度及移动方向) 的技术。但是，这个ARPA在信号处理方面负荷大，因此，存在可捕捉、跟踪的目标物的个数 受到限制的技术问题。另外，有这样的技术问题，即，从过去的数次扫频的雷达映像检测目 标物的移动信息，直到检测出目标物改变了移动方向或速度之前，要耗费时间。进一步，当 目标物的附近出现如海面反射等的不规则回波时，又有这样的技术问题，即，捕捉目标物的 信号叠加在海面反射等上丢失等的技术问题。另一方面，AIS是一种通过无线电通信定期发送自船的位置信息或航行信息等的 同时，从他船接收前述信息并提取所需信息的技术。但是，在他船未装备AIS的情况下，则 无法检测到该他船的信息。另外，因通信频度被限制，故无法立即获取他船的信息。综上所述，使用专利文献1的构成不能准确地掌握碰撞危险度高的目标物并实时 加以显示。

发明内容
鉴于上述内容，本发明其主要目的在于，提供一种可准确且实时掌握碰撞危险度 高的目标物的雷达装置及其画面显示方法。本发明所要解决的技术问题如上所述，以下，对解决其技术问题所采用的技术方 案及其效果进行说明。
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本发明的目的在于提供一种具有以下结构的雷达装置及其画面显示方法。S卩，该 雷达装置由雷达天线、显示部、速度推算部、危险度检测部组成。前述雷达天线，一边在水平 面内旋转一边不断地收发信号。前述显示部显示表示自(己方)装置周围目标物位置的雷 达映像。前述速度推算部可推算在自装置发出的电波发射方向上，自装置与前述目标物之 间的相对速度。前述危险度检测部可基于速度推算部推算出的前述目标物的相对速度求算 该目标物的危险度。另外，前述速度推算部还可基于前述雷达天线接收到的前后两次回波 之间的相位变化检测前述相对速度。另外，前述显示部在显示前述雷达映像时，可就前述危 险度较高和较低的目标物采用不同的显示方法。依据本发明，可根据危险度的不同采用不同的目标物显示方法，即使经验不足的 操作员，也能够立即判断出危险的目标物。另外，可基于在自装置发出的电波发射方向上， 自装置与前述目标物之间的相对速度，判定目标物正以何种速度接近自装置，因此能够确 切地显示例如正以高速接近的目标物等的特别危险的目标物，以引起操作员的注意。另外，如上述观测回波的相位变化，据此求出多普勒频率，并能够据此检测出目标 物的速度。因而，无需持续观测数次扫频所得的雷达映像，也无需等待对方船舶发出的通信 信号，就能够立即检测出目标物的速度。另外，因其构成不是通过捕捉雷达映像内的目标物 检测速度，因此无需进行复杂的运算处理，也不会出现因捕捉不到目标物而无法检测速度 的情况。因而，能够准确地检测多个目标物的移动速度，进而通过危险度检测部准确地检测 危险目标物。另外，通过多普勒频率求出的目标物的移动速度为在电磁波发射方向上的相 对速度。因而，基于根据本发明检测出的目标物移动速度，可简单地判断出目标物正以何种 速度向自装置接近。另外，当目标物的移动速度较慢时，不会产生可观测的多普勒频率，因 此很难通过仅1次的收发信号观测频率的变化，进而检测目标物的速度。针对这一技术问 题，如上述观测两个回波之间的相位变化，进而检测较慢的目标物的速度。在前述的雷达装置，优选的，S卩，该雷达装置至少配有可检测来自目标物的回波信 号种类的种类确定部。并且，前述危险度检测部基于前述种类确定部检测出的来自目标物 的回波信号和前述速度推算部推算出的前述相对速度求算该目标物的危险度。这样，便可通过检测来自目标物的回波，确切地将例如海面反射等无碰撞危险的 目标物和类似目标物具有碰撞危险的目标物加以区分显示，因此其可靠性出众。前述雷达装置，优选的，S卩，前述显示部在显示前述雷达映像时，根据前述目标物 的危险度以不同颜色显示，同时根据来自目标物的回波信号的强度控制显示该目标物的色 彩的浓度。依据本发明，操作员可根据显示部所显示的颜色，直观地掌握目标物的危险度。另 外，还可根据在显示部显示的颜色的浓度，直观地掌握回波强度。


图1表示涉及本发明的一种实施方式的雷达装置主要结构的框图。图2正交检波说明图。图3(a)基于海面反射区基准像素决定扩大海面反射区的状况说明图(b)合成扩大海面反射区的说明图。图4(a)已设定连续性判定基准区的状况说明图。
(b)不同目标物种类回波的空间连续性差异说明图。图5同一目标物前后两次扫描收发信号状况示例图。图中1雷达天线6数据生成部(种类确定部、危险度检测部)7图像存储器8 显示器22速度推算部
具体实施例方式以下，参照图面对本发明的实施方式进行说明。图1是涉及本实施方式的船舶用 雷达装置的主要结构框图。另外，尽管本实施方式是以船舶用雷达装置为例进行说明，但本 发明所述雷达装置的用途并不仅限于船舶。本实施方式的雷达装置上所配备的雷达天线1，在发射精确的指向性信号(脉冲 状电波)的同时，接收来自自装置周围目标物的回波(反射信号)。另外，雷达天线1以规 定的旋转周期在水平面上边旋转，边反复地进行发收上述信号。显示器8为CRT、IXD等，其结构为能够进行图形显示的光栅扫频式显示装置。在此，从发出发射信号到回波返回为止所需的时间与雷达天线1到目标物的距离 成比例。因而，通过将发出发射信号至收到接收信号为止所需的时间设为向量径r，将进行 收发该电波时的天线角度设为偏角θ，可在以雷达天线1为中心的极坐标系中获取目标物 的位置。通过在平面上描绘出从该极坐标系中获取的目标物的位置，据此可得到雷达映像。 本实施方式的雷达装置，通过在前述显示器8上显示前述雷达映像，从而能够确认自装置 周围目标物的状况。另外，雷达天线1除接收目标物所发出的反射信号外，还接收海面反射等的无用 回波。另外，雷达天线1有时还会接收到他船的雷达信号(干涉信号)。另外，该雷达天线 1所接收的信号中含有白噪声。因而，在前述显示器8上除描绘、显示目标物之外，有时还会 描绘、显示海面反射、干涉信号、白噪声等。在以下说明中，考虑到上述情况，将目标物、海面 反射、干涉回波、白噪声等统称为“接收信号”。本实施方式的雷达装置，在显示器8上显示雷达映像时，推定目标物的危险度等， 并根据前述危险度等让该目标物的显示色不同。据此，雷达装置的操作员可直观地掌握危 险的目标物。另外，关于测算目标物的危险度后以不同颜色加以显示的结构，将在后面作详 细说明。以下，对接收回波后提取该回波数据的结构进行说明。当前述雷达天线1接收到 回波时，接收信号被输出至信号接收部2，并通过A/D (交流-直流)变换部3转换为数字数 据后，暂存于扫描存储器4中。以下，对各组成结构进行说明。前述信号接收部2，对来自雷达天线1的接收信号检波后进行增幅。在本实施方式 中，接收部2为了获取接收信号的振幅和相位信息进行正交检波(IQ相位检波)。接收部2 通过正交检波获取由I信号和Q信号组成的复信号。以下，参照图2对正交检波进行简要 说明。其中，假设雷达天线1发出的发射信号(脉冲状电波)的载波为频率&的余弦波 进行说明。该情况下，假设发出发射信号后所经历的时间为t，被输入信号接收部2的接收 信号(回波)的振幅为X(t)，则该回波的波形S(t)可用公式⑴表达。式中，O(t)为接 收回波的载波相对于发射信号的载波的相位。
(以下简称相位)。数1S (t) =X (t) · cos [2 π f0t+ Φ (t) ] (1)如图2所示，信号接收部2接收到该接收信号S(t)后分支给2系统。其中1路的 接收信号S(t)、和频率、相位与发射信号的载波相同的参照信号2cos (2 Jifcit)合成，可得到 以下的公式(2)表达的信号。另外，接收信号S (t)分支后的另1路接收信号S (t)、和频率与 发射信号的载波频率相同且相位与发射信号的载波偏移90°后的参照信号-2sin(2 π f0t) 合成，可得到以下的公式(3)表达的信号。数2S (t) · 2cos (2 π f0t) = X (t) · cos [4 π f0t+ Φ (t) ] +X (t) · cos ( Φ (t)) (2)S (t) · -2sin (2 π f0t) = X (t) · sin [4 π f0t+ Φ (t) ] +X (t) · sin ( Φ (t)) (3)公式(2)及公式(3)的右边第1项(二倍频成分)可用低通滤波器(LPF)消除。 因此，由信号接收部2输出的信号为公式(4)所示的I信号和公式(5)所示的Q信号。数3I(t) =X (t) · cos ( Φ (t)) (4)Q(t) = X(t) · sin (Φ (t)) (5)作为模拟信号的前述I信号和Q信号输入至A/D (交流-直流)变换部3。A/D变 换部3采样I信号和Q信号，并将其变换为多位比特的数字数据(IQ接收数据)后，输出至 扫描存储器4。另外，除如上所述以模拟信号生成I信号和Q信号外，直接采样接收信号后， 以数字信号方式生成I信号和Q信号也可以。扫描存储器4，是一种以一次扫描量为单位对前述IQ接收数据进行实时存储的缓 冲器。另外，“扫描”是指从一个信号发出到发送下一个信号为止的一系列动作。“一次扫描 量的接收数据”是指从一个信号发出到发送下一个信号期间所接收到的数据。前述一次扫描量的接收数据从扫描存储器4的首地址开始依次存储。其中，将存 储在距离扫描存储器4的首地址第η个的IQ接收数据的I信号数据设为In，Q信号数据设 为Qn。并将采样该第η个数据时的回波强度(振幅)设为Xn、相位设为Φη，则I1^PQn可通 过下列公式表达。数4In = Xn .C0s φ η (6)Qn = Xn .sin φη (7)以下，对将显示在显示器8中的雷达映像的图像数据生成结构进行说明。显示器8 由光栅扫频式的显示装置构成，将在该显示器8中显示的图像数据存储在图像存储器7内。 该图像存储器7所存储的图像数据是由多个像素构成的光栅数据，图象数据与显示器8的 光栅扫频同步、该图像数据被高速读取后传送至显示色选择部15 (后述)。在前述图像数据中，各像素排列存储在例如以船首方向为Y轴，以船宽方向为X轴 的XY直角坐标系中。各像素的数据由多比特组成，表示回波强度Xn和回波危险度Dn数据 与各像素分别对应存储着。与显示器8的光栅扫频同步读取该图像数据时，例如，通过将对 应回波强度Xn值较大的像素以深颜色显示，将对应回波强度Xn值较小的像素以浅颜色显示 的方式，在显示器8上显示位于水平面上的自装置周围的回波状况(雷达映像)。另外，回
7波危险度Dn见后述。以下，对计算各像素所对应回波强度Xn的结构进行说明。缓冲器的扫描存储器4， IQ接收数据一被重新写入，该IQ接收数据被下一次扫描数据所覆盖之前，将IQ接收数据向 振幅检测部16和脉冲多普勒频率处理部17 (后述)依次输出。振幅检测部16，在IQ接收数据一被输入，将I信号和Q信号进行矢量合成，据此， 检测该IQ接收数据的回波信号的强度。在此，根据前述公式(6)和公式(7)，可按下列公式 (8)求出存储在距离扫描存储器4的首地址第η个的IQ接收数据的回波强度Χη。数5
振幅检测部16所求出的回波强度Xn通过后述的数据生成部6输出至图像存储器 7，并存储在相应的地址中。由绘图地址生成部5决定将回波强度Xn存储在图像存储器7的 哪个地址处(即，当前处理的是图像数据中的哪个像素)。另外，该回波强度Xn也被输出至 后述的动作数据生成部11和连续性检测部9。以规定方向(例如船首方向)为基准的扫描角度数据(表示雷达天线1的角度θ 的数据)从雷达天线1输入至绘图地址生成部5。绘图地址生成部5根据雷达天线1的角 度θ和来自扫描存储器4的IQ接收数据读取位置η，生成指向与该IQ接收数据相对应像 素的地址。具体而言，绘图地址生成部5由实现下列公式(9)和公式(10)运算的硬件组成。 其中，X，Y是指定存储在图像存储器7中的图像数据的像素的地址。另外，Xs, Ys是存储在 图像存储器7中的图像数据中，指定与扫描的中心位置(雷达天线1的位置)相对应像素 的地址。数6X = Xs+n · sin θ (9)Y = Ys+n · cos θ (10)当回波强度Xn从数据生成部6输出至图像存储器7时，前述地址X，Y会被输入至 该图像存储器7中的地址指定部中。据此，在极坐标系中获取的目标物回波位置将被变换 到XY直角坐标系，将回波强度Xn的数据对应与该目标物的回波位置相对应的坐标X，Y位 置进行存储。其结果，会生成根据目标物回波的位置将回波信号的强度描绘在平面上的图 像数据，所以能够将雷达映像显示在显示器8上。另外，绘图地址生成部5所输出的像素的 地址，还会被输入至后述的动作数据存储器20和不稳定状态保持存储器21中。以下，对判定来自目标物的回波、其它的回波的结构进行说明。首先，说明根据观 测回波的时间的连续性判别海面反射形成的回波。众所周知，船用雷达会接收到来自自船周围的海面的回波。优选的，区别该海面反 射能与来自目标物的回波。在此，海面反射的回波通过每次扫频(SCAN)不会出现在相同位 置能够检测出无规律性，换言之、无规律地检测出在某像素回波无时间的连续性的情况下， 则可判定该回波为海面反射。本实施方式的雷达装置具备海面反射区检测部10，其可根据 如前所述检测回波不稳定的像素检测出海面反射区。该海面反射区检测部10包括动作数 据生成部11、不稳定像素检测部12、不稳定状态保持用数据生成部13和海面反射区决定部 14。
首先，对动作数据生成部11进行说明。当通过前述振幅检测部16计算出回波强 度Xn，通过前述绘图地址生成部5 —确定出存储前述回波强度Xn的像素的地址，动作数据 生成部11计算表征该像素在过去数次扫频(SCAN)中是否有回波的动作数据Pn，并将其输 出至动作数据存储器20。动作数据存储器20，为了和图像存储器7的地址相对应，设定了直角坐标系地址， 是将动作数据Pn与图像存储器7中的各像素一一对应存储的存储介质。该动作数据Pn由多位比特组成、是将表示回波有无的回波检测标记经过过去数次 扫频存储下来的数据。例如，当动作数据存储器20由各像素8比特构成时，用动作数据Pn 能够表示过去8回扫频量的回波检测标记。具体而言，例如，当某一像素的动作数据PnS “00000011”时，表示在最近的2次扫频(SCAN)中在该像素的位置检测到回波，但在此前的 6次扫频(SCAN)中未检测到回波。另外，“扫频(SCAN)”是指天线一边收发电波、一边旋转 一周，据此，对自装置的周围实施360°的扫描。为了生成前述动作数据Pn，动作数据生成部11进行以下的处理。首先、动作数据 生成部11，判定从振幅检测部16输入的回波强度Xn是否超过预先设定的检测阈值。检测 阈值例如采用将检测出的白噪声等级与规定偏移量相加所得的值。如果当前的回波强度Xn 超过检测阈值，则动作数据生成部11生成由“1”构成的回波检测标记；如果当前的回波强 度Xn没有超过检测阈值，则生成由“0”构成的回波检测标记。继而，动作数据生成部11、从动作数据存储器20读取前一次的动作数据Plri此时， 由于当前正在处理的像素的地址正在从绘图地址生成部5被输入到动作数据存储器20，所 以可读取到当前正在处理的像素的动作数据Pm。其次，动作数据生成部11、将前一次的动 作数据Plri左移一位，将当前的回波检测标记输出至最低比特位，生成当前的动作数据Pn。 最后，将当前的动作数据Pn输出至动作数据存储器20。此时，当前正在处理的像素的地址 会从绘图地址生成部5输入到动作数据存储器20，因此，该像素的前一次动作数据Plri会被 当前的动作数据Pn所覆盖。据此，包含当前扫频在内的此前8次扫频量的动作数据被存储。 另外，由动作数据生成部11输出的这回的动作数据PJf被输出给不稳定像素检测部12和 数据生成部6。当动作数据Pn从动作数据生成部11输入至不稳定像素检测部12时，不稳定像素 检测部12会将该动作数据Pn的相邻比特位之间的状态变化次数作为不稳定度计算。即检 测相邻比特位(例如，第0比特和第1比特或第6比特和第7比特)之间从“1”变为“0”， 或是从“0”变为“1”的变化次数。例如，当动作数据Pn* “11111111”或“00000000”时， 不稳定度为“0” ；当动作数据Pn为“ 10101010”时，不稳定度为“7”。不稳定像素检测部12在计算出不稳定度后，会将其与预先设定的不稳定状态检 测阈值进行比较，生成不稳定状态检测数据Rn。例如，当假设不稳定度“4”为不稳定状态检 测阈值时，如果不稳定度为“7”，则Rn= 1 ；如果不稳定度为“1”，则Rn = 0。不稳定像素检 测部12将不稳定状态检测数据Rn输出至不稳定状态保持用数据生成部13。不稳定状态保持用数据生成部13，会生成表示当前正在处理的像素的不稳定度的 不稳定状态保持用数据Hn，并将其输出至不稳定状态保持存储器21。不稳定状态保持存储器21，为了和图像存储器7的地址相对应，直角坐标系地址 被设定，将不稳定状态保持用数据Hn和图像存储器7的各像素一一对应进行存储的存储介质。当不稳定状态检测数据Rn从不稳定像素检测部12输入至不稳定状态保持用数据 生成部13时，不稳定状态保持用数据生成部13会从不稳定状态保持存储器21中读取前一 次的不稳定状态保持用数据Hlri此时，当前正在处理的像素的地址会从绘图地址生成部5 输入至不稳定状态保持存储器21，因此可读取到当前正在处理的像素不稳定状态保持用数 据Hlri在此，以下、将以不稳定状态保持存储器21由各像素4比特构成(可存储0 15 范围内整数)的情况为例进行说明。不稳定状态保持用数据生成部13，如果Rn= 1，则判 定为当前正在处理的像素是不稳定状态，并生成由“15”构成的不稳定状态保持用数据Hn。 另一方面，如果Rn = 0，则判定为该像素是稳定状态，并将前一次的不稳定状态保持用数据 Hlri减1后的值作为当前的不稳定状态保持用数据Hn。另外，如果该像素是稳定状态(Rn = 0)，且前一次的不稳定状态保持用数据Hlri为0，则保持Hn = 0。最后，不稳定状态保持用数据生成部13、将这次的不稳定状态保持用数据Hn输出 至不稳定状态保持存储器21。此时，当前正在处理的像素的地址会从绘图地址生成部5输 入至不稳定状态保持存储器21，因此，该像素的前一次不稳定状态保持用数据Hlri会被当 前的不稳定状态保持用数据Hn所覆盖。据此，涉及至少在含这次的16次扫频中，各像素是否是稳定状态的信息。即，如果 Hn=O,则可判定该像素至少在含这次的16次扫频中是Rn = 0 (稳定状态)。另一方面，如 果Hn兴0，则可判定该像素在包括这次的16次扫频中处于Rn = 1 (不稳定状态)。计算不稳定状态保持用数据Hn的根据如下。即，海面反射会随海况、风向、天线高 度、STC(海面反射消除处理)等的调整而变化，并且会随着远离自船而变弱。因此，不能明 确地划定海面反射的界线，即使从不稳定状态暂时变为稳定状态，也极有可能是海面反射。 就这一点而言，如上所述，基于求出的不稳定状态保持用数据Hn判定是否为海面反射，可避 免将曾处于暂时稳定状态的像素误判为非海面反射。前述不稳定状态保持用数据Hn被输出至海面反射区决定部14。如果输入至海面 反射区决定部14的不稳定状态保持用数据Hn兴0，则海面反射区决定部14会判定与该不 稳定状态保持用数据Hn相对应的像素为海面反射，并将其作为海面反射区基准像素检出。 另一方面，如果Hn = 0 (当前正在处理的像素点为非海面反射)，但位于该像素附近的像素 为海面反射，则海面反射区决定部14会将当前正在处理的像素判定为处于海面反射区内。以下，边参照图3边进行详细说明。如图3(a)所示，海面反射区决定部14 一检测 出海面反射区基准像素401，为了让海面反射区向距离r方向和扫描旋转方向(雷达天线1 的旋转方向)θ扩大，选择直角坐标系中规定数的像素，确定扩大海面反射区410。此时，海 面反射区决定部14，在扩大海面反射区410中、海面反射区基准像素401在距离!·方向上距 离扫描中心位置(雷达天线1的位置)最近、在相对于扫描旋转方向θ上最靠近起点侧， 设定前述扩大海面反射区410。前述扩大海面反射区的设定将在海面反射区决定部14收到不稳定状态保持用数 据Hn^O后，每次检测到海面反射区基准像素时进行。例如在图3(b)中，被检测出的海面 反射区基准像素有401、402、403、404多个像素。这种情况下，海面反射区决定部14会对基 于海面反射区基准像素401的扩大海面反射区410、基于海面反射区基准像素402的扩大海面反射区420、基于海面反射区基准像素403的扩大海面反射区430、基于海面反射区基准 像点404的扩大海面反射区440进行组合，设定合成扩大海面反射区400。海面反射区决定部14生成可反映当前正在处理的像素是否属于合成扩大海面反 射区400内的海面反射区数据Bn，并向数据生成部6输出。具体而言，如果当前正在处理的 像素是合成扩大海面反射区400内的像素，则海面反射区决定部14生成海面反射区数据Bn =1 ；如果当前正在处理的像素不是合成扩大海面反射区400内的像素，则生成海面反射区 数据Bn = 0，并将该数据输出至数据生成部6。之所以采用上述结构，是因为海面反射的像素附近极有可能仍然是海面反射的像 素。通过前述处理后，实际上不只是判定海面反射的像素，还可将该像素附近的其它像素 (即极有可能是海面反射的像素)纳入海面反射区进行设定，因此能够准确地检测出海面 反射可能性高的像素。以下，关于通过观测回波的空间连续性，判别来自目标物的回波、白噪声以及干涉 信号的构成进行说明。S卩、白噪声或干涉信号用空间上的非连续能够检测到，另一方面、来自目标物的回 波在某种程度上用空间上的连续能够检测到。因此，通过判断回波在空间上的连续性，即可 判定出该回波究竟是目标物所发回波，还是噪声等。以下，进行具体说明。回波强度Xn从振幅检测部16输入连续性检测部9。另外，连续性检测部9配有对 应规定方位存储多个回波强度数据(即回波强度数据)的缓存器。该缓存器可依次存储前 述回波强度数据。当回波强度Xn从振幅检测部16重新输入至连续性检测部9时，连续性检测部9 会在成为连续性的判定对象的像素的回波强度数据周围、设定连续判定基准区。例如，在图 4(a)中，将含有成为该判定对象的回波强度数据100旁边8个数据的区域设为连续判定基 准区110。连续性检测部9可在连续性判定基准区内检测出超出检测阈值水平的回波强度 数据的数量，并将该数量作为前述判定对象像素的连续性数据An。例如，在图4(a)的例中， 由于在连续性判定基准区110内有5个超过阈值的回波强度数据，因此，位于回波强度数据 100位置上的像素连续性数据为An = 5。在此，说明根据接收信号种类，连续性数据An不同。例如，如图4(b)所示，由于目 标物901汇集了水平超过检测阈值的回波强度数据，因此，连续性数据An变大。另一方面， 由于干涉信号902中有仅在同一方向上水平超过规定阈值的回波强度数据，因此，连续性 数据An变小。另外，白噪声903也以间歇发生居多，因此，其连续性数据An变小。因而，如 上所述，通过求出连续性数据An，可判别来自目标物的回波、干扰信号和白噪声。以下，说明计算目标物移动速度。如前所述，为了检测他船的移动速度，使用AIS或ARPA现有的雷达装置，存在无法 准确且实时求出多个目标物的速度的这一技术问题。于是，本实施方式的雷达装置，首先推算出回波的多普勒频率，然后根据前述多普 勒频率求出目标物的移动速度。据此，无需等待来自他船的AIS信息，也无需通过观测此前 多个扫频(SWEEP)出的雷达图像变化，可直接求出目标物的移动速度。因而，可准确且快速 地求出多个目标物的移动速度。
另外，利用AIS或ARPA所求出的只是水平面内目标物的绝对速度或相对速度。因 此，根据多普勒频率，在相对于自船的目标物相对速度中，可仅检测出电波发射方向的成 分。因而，根据多普勒频率求出的目标物速度值可作为目标物向自船靠近的相对速度指标 使用，这在本实施方式的雷达装置尤其有效(详见后述)。但是，由于船舶的速度较慢，产生的多普勒频率小，仅凭一次收发的信号很难检测 出多普勒频率。因此，本实施方式采用脉冲多普勒(脉冲对)法计算多普勒频率。脉冲多普勒法是指，空置适宜的时间间隔发射脉冲状电波，接收两次来自同一目 标物的接收脉冲，通过检测两个接收脉冲之间的相位变化计算目标物的多普勒频率的方 法。本实施方式中的雷达天线1边旋转边发射脉冲状电波，虽然在两次发射的脉冲之间脉 冲的发射方向会出现若干变化，但是如图5所示以前后两次扫描之间的变化为例，仍可看 作是获取了来自同一个目标物800的回波。于是在本实施方式是根据脉冲发射之间(即前 后两次扫描接收的回波之间)的相位变化检测目标物所发出回波的多普勒频率。以下，进行具体说明。本实施方式的雷达装置上配有速度测算部22。该速度测算 部22由脉冲多普勒频率处理部17和目标物速度计算部18构成。当IQ接收数据从前述脉冲多普勒频率处理部17输入至扫描存储器4时，前述脉 冲多普勒频率处理部17会根据该IQ接收数据计算回波的载波的相位。存储在扫描存储器 4内距离首地址第η个IQ接收数据的相位。 可根据前述公式(6)和公式(7)，按下列公 式(11)计算。数7
另外，为了能存储前一次扫描的相位，脉冲多普勒频率处理部17中配有可存储1 次扫描相位数据的相位缓存器。该相位缓存器，地址与扫描存储器内的地址一一对应。脉冲多普勒频率处理部17求出当前扫描相位Φη后，会从距离相位缓存器的首地 址第η个的位置读取前一次扫描所接收的回波的相位Φη’。前后两次扫描接收回波的载波 之间的相位变化Δφ可根据公式(12)计算。在此，如前所述，可认为前后两次扫描接收的回 波来自同一个目标物，因此相位变化Δφ是在接收到前一次回波至接收当前回波之间，随着 该目标物移动产生的相位变化。数8Δ φ = Φη-Φη' (12)随着目标物的移动产生的相位变化可按下列公式(13)表达。其中，fd为多普勒频 率、ΔΤ为脉冲状电波(发射信号)的发射时间间隔、PRF(Pulse R印etitionFrequency、单 位Hz)为前述脉冲状电波的脉冲重复频率。因而，脉冲多普勒频率处理部17可通过公式 (14)的运算，计算出多普勒频率fd。算出多普勒频率fd后，脉冲多普勒频率处理部17会将 其输出至目标物速度计算部18中。数9
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多普勒频率fd输入至目标物速度计算部18后，目标物速度计算部18开始计算目 标物的移动速度。首先，目标物速度计算部18会根据多普勒频率fd计算自装置与目标物 之间的相对速度\。目标物速度计算部18根据多普勒频率fd与相对速度\之间的关系式 (15)计算相对速度I。其中，λ为信号的载波波长。另外，可通过公式(15)计算的相对速 度t是指在自装置(雷达天线1)发出的电波发射方向成分上的自装置与目标物之间的相 对速度(目标物与自装置之间直线距离方向上的相对速度)。数10
如上所述，可根据多普勒频率算出的相对速度\仅为向自船接近的目标物相对速 度中、在电波发射方向上的成分。因而，该相对速度t的值可作为衡量目标物向自船接近 的速度指标使用。本实施方式中，为了判定目标物的危险度而计算目标物的移动速度(详 见后述)，因此，只要能掌握目标物究竟以何种速度向自船接近即可。即，本实施方式中，无 需获取水平面内目标物的相对速度和绝对速度信息，只需掌握电波发射方向(目标物与自 船之间的直线距离方向)上的相对速度(即前述相对速度^即可。如上所述，就能够快速(实时)获取计算目标物危险度所需信息(电波发射方向 上的该目标物相对速度)这一点而言，根据脉冲多普勒法计算目标物移动速度的方法对于 判定目标物危险度是一种特别有效的方法。其次，目标物速度计算部18会根据基于多普勒频率fd求出的相对速度t计算将 目标物移动速度以2比特表达的目标物速度数据Vn。如果假设目标物远离自船时的相对速 度\为负值、接近时的相对速度\为正值，则目标物速度数据\可如下表达。例如，在目标物速度计算部18，当目标物的相对速度V,小于-Ikt时(目标物远离 时)，其目标物速度数据为\ = 0。另外，当目标物的相对速度\大于-lkt、小于Ikt时， 其目标物速度数据为Vn= 1。另外，当目标物的相对速度t大于Ikt时(目标物接近时)， 其目标物速度数据为Vn = 2。将以上求出的目标物速度数据Vn被输出至数据生成部6中。以下，对目标的物危险度的判定结构进行说明。目标物的危险度由数据生成部6 进行判定。因此，数据生成部6可称为危险度检测部。与当前正在处理的像素点对应的回波强度Xn、连续性数据An、动作数据Pn、海面反 射区数据Bn和目标物速度数据Vn输入至数据生成部6中。数据生成部6首先会根据回波强度Xn、连续性数据An、动作数据Pn、海面反射区数 据Bn判定处于当前正在处理的像素位置上的接收信号种类。因此，数据生成部6也可称为 种类推测部。数据生成部6以固定目标物、移动目标物、海面反射、其它(干扰、噪声等无用 回波)四个种类判定该像素接收信号的种类。以下，进行详细说明。
如果当前正在处理的像素点对应的回波强度Xn小于规定阈值，可判定该像素位置 上不存在目标物。另外，即使在例如回波强度Xn的值较大的情况，只要连续性数据An的值 较小，即可判定该像素的接收信号为雷达干涉或白噪声。另一方面，当海面反射区数据民为 “ 1，，时，可判定该像素的接收信号为海面反射。另外，如果动作数据Pn的各比特中为1的数较多，该数据为检测频度较的数据， 即、能够判断是固定目标物(陆地等)。另外，如果当前正在处理的像素并非是海面反射、雷 达干涉或白噪声，只要动作数据Pn的值为00000001或00000011 (即，在最新的数次扫频中 能够检测到回波)，即可判定该数据为正在移动的目标物(船舶等)。数据生成部6、判定当前正在处理的像素的接收信号种类后，会生成将该接受信号 的种类用2比特表达的回波种类判定结果Tn。以下，表示判定回波种类判定结果Tn的具体 示例。例如，中为“1”的比特超过6个时，可判定为固定目标物，Τη = 3。另外，当PnW 值为“00000001”或“00000011”，且Bn = 0、Αη > 3时，可判定为移动目标物，Tn = 2。当Bn =1时，可判定为海面反射，Tn= 1。另一方面，当不属于前述状况时，则可判定为其它(干 扰信号或白噪声)，此时Tn = 0。继而，数据生成部6会根据回波种类判定结果Tn和目标物速度数据Vn生成将处于 当前正在处理像素位置上的目标物的危险度用2比特表达的回波危险度Dn。即使在例如目 标物数据Vn = 2(判定为目标物正在接近时)的情况，只要接收信号的种类为海面反射，即 可判定与该像素点对应目标物发生碰撞的危险性较低。另外，如果Vn = 2，且接收信号的种 类为移动目标物，则可判定该像素对应的目标物危险度较高。以下，举出判定回波危险度Dn的具体示例。例如，当！； = 2或1； = 3、且￥ = 2 时，则可判定与该目标物发生碰撞的危险度较高，此时Dn = 2。另外，当Tn = 2或Tn = 3、 且￥ = 1时，或Tn = 0、且￥ = 2时，则可判定与该目标物发生碰撞的危险度中等，此时Dn =1。当Tn = 0、且Vn = 1时，或Vn = 0，又或是Tn = 1时，则可判定与该目标物发生碰撞 的危险度较低，此时Dn = 0。数据生成部6，如上计算当前正在处理的像素的回波危险度0 后，会将该回波危险 度Dn和回波强度Xn输出至图像存储器7。此时，如前所述，当前正在处理的像素的地址已 从绘图地址生成部5输入至图像存储器7中，因此回波危险度判定结果Dn和回波强度Xn会 存储在该当前正在处理像素的对应位置上。以下，对显示器8根据回波危险度和回波强度以不同颜色进行显示的结构进行说 明。首先，对现有的结构进行简单说明。在现有的雷达装置中，通过将回波强度较强的 像素以红色显示、强度中等的像素以黄色显示、较弱的像素以绿色显示的方式，也就是说， 根据回波强度的强弱，改变显示颜色进行显示的结构是众所周知的。但是，在该方法中，虽 然能够直观地掌握较强的回波，但无法仅靠观测雷达映像快速判定与该回波发生碰撞的危 险度高低。另一方面，专利文献1所公开的他船显示装置，其为根据碰撞危险度改变显示目 标物的位置的标记的显示方法。但是，专利文献1的结构需要获取前述标记的显示位置(即 目标物的位置)，因此需根据探测图像捕捉目标物的位置，并进行跟踪处理。因而，当目标物 的数量较多时，专利文献1的结构中为获取目标物位置而进行的处理量会过大，有时不能捕捉全部目标物。针对这一技术问题，本实施方式的雷达装置具有如下结构。如前所述，存储在图像存储器7内的图像数据的各像素，对应存储着回波危险度Dn 和回波强度xn。显示色选择部15会与显示器8的光栅扫描同步从图像存储器7中读取各 像素点数据，并根据该像素点对应的回波危险度Dn和回波强度Xn确定显示颜色，将其传送 给前述显示器8。具体而言，显示色选择部15有让各像素的数据(回波危险度Dn和回波强度Xn)与 指定将该像素显示在显示器8上时的显示颜色的RGB值对应的彩色调色板。在本实施方式中，显示色选择部15，根据各像素对应的回波危险度0 让色不同，同 时、根据回波强度Xn选择让颜色的深浅不同的显示色。例如，本实施方式中，将回波危险度 Dn分为三个级别判定。因此，像素的显示色根据回波危险度Dn以红、黄、蓝三个级别颜色显 示。上述情况下，显示色选择部15会按红、黄、蓝三种颜色分别配备已存储能够表现深浅的 RGB值的彩色调色板。于是，显示色选择部15与显示器8的光栅扫频同步从图像存储器7中读取像素数 据(该像素的回波强度Xn和回波危险度Dn)后，会参照前述彩色调色板确定该像素的显示 色。例如，显示色选择部15在Dn = 0时，参照蓝色的彩色调色板；Dn = 1时，参照黄色的彩 色调色板；Dn = 2时，参照红色的彩色调色板。基于这一原理，可根据回波的危险度，以红、 黄、蓝三个级别颜色显示回波。显示色选择部15根据不同的回波危险度Dn，从三色彩色调色板中选择一种色后， 会以回波强度Xn为变量，从该彩色调色板中获取RGB值。此时，在Xn大的情况下，显示色选 择部15选择深颜色的RGB值；在Xn小的情况下，显示色选择部15会选择浅颜色的RGB值。 因此，可使对应回波强度Xn大的像素醒目显示。显示色选择部15按上述方法确定像素点的RGB值后，会将该值传送至显示器8。通过上述处理，可通过简单的处理，用相应于回波危险度Dn和回波强度Xn以的显 示色将回波的情况显示在显示器8上。另外，由于可使例如，回波强度越强、回波危险度越 高的像素(此时以深红色显示)越醒目显示，操作员能够立即判定出这种危险的回波。综上所述，本实施方式的雷达装置配有雷达天线1、显示器8、速度测算部22和数 据生成部6。雷达天线1在水平面内一边旋转，一边反复收发脉冲状的信号。显示器8可显 示自装置周围的目标物的位置的雷达映像。速度测算部22可推算在自装置发出的电波发 射方向上自装置与前述目标物之间的相对速度。数据生成部6可基于速度测算部22测算 出的前述目标物的相对速度计算该目标物的危险度。另外，速度测算部22还可基于雷达天 线1接收到的前后两次回波之间的相位变化检测前述相对速度。另外，显示器8在显示前 述雷达映像时，可就前述危险度高和低的目标物采用不同的显示方法。据此，根据危险度让接收信号的显示方法不同，所以即使例如经验不足的操作员， 也能立即判定出危险的目标物。另外，基于在自装置发出的电波发射方向上的自装置与前 述目标物之间的相对速度，可判定目标物正以何种速度接近自装置，因此能够显示高速接 近的目标物等，尤其是能够妥当地显示危险的目标物，以引起操作员的注意。进一步，如上述根据观测回波的相位变化，求出多普勒频率，并据此检测出目标物 的速度。因而，无需观测数次扫频间的雷达映像，也无需等待来自他船的通信，能够立即检测出目标物的速度。另外，由于其原理并非是通过捕捉雷达映像内的目标物检测速度，因此 无需进行复杂的运算处理，也不会出现因捕捉不到目标物而无法检测出速度的情况。因而， 能够准确地检测出多个目标物的移动速度，进而通过数据生成部6准确检测出具有危险的 目标物。而且，可通过多普勒频率求出的目标物的移动速度是电波发射方向上的相对速度。 因而，基于根据上述实施方式的检测出的目标物移动速度，能够简单地判定出目标物正以 何种速度向自装置接近。另外，当目标物的移动速度较慢时，不会产生可观测到的多普勒频 率，因此很难通过仅1次的收发信号观测频率的变化，进而检测出目标物的速度。针对这一 技术问题，可通过上述结构原理观测两个回波之间的相位变化，进而检测出较慢的目标物 速度。另外，本实施方式的雷达装置具有如下结构。即，该雷达装置中，数据生成部6至 少可检测来自目标物的回波信号。而且，数据生成部6基于该数据生成部6所检测出的来 自目标物的回波信号和速度测算部22测算出的前述相对速度计算该目标物的危险度。这样一来，便可通过检测来自目标物的回波，确切地将例如海面反射等无碰撞危 险的目标物、类似目标物有碰撞危险的目标物加以区分显示，因此其可靠性很高。另外，在本实施方式的雷达装置中，显示器8在显示前述雷达映像时，不仅可根据 目标物的危险度以不同颜色显示，还可同时根据来自该目标物的回波强度以不同深浅度的 颜色显示各种目标物。依据本实施方式，操作员可根据显示器8所显示的颜色，直观地掌握目标物的危 险度。另外，操作员还可根据显示器8所显示颜色的深浅，直观地掌握回波强度。上文对本发明的最佳实施方式进行了说明，但上述结构可例如进行以下变更。上述实施方式中说明的目标物危险度的计算方法仅为一例，除此之外还可进行各 种变更。例如，也可将目标物的危险度分为四级以上进行检测。另外，虽然列举了将目标物 的种类分为四种进行检测的结构，但并不受此限。另外，虽然列举了将移动速度分为三级进 行判定的结构，但也可分为更多级进行判定。另外，“根据相对速度计算目标物危险度”是指，除考虑目标物的相对速度相关信 息外，还可进一步考虑其它信息计算危险度。例如，如上述实施方式所述在考虑目标物的相 对速度的基础上，考虑目标物种类相关信息计算该目标物危险度，可称为“根据相对速度计 算目标物危险度”。再例如，也可考虑自装置与该目标物之间的距离。该情况下，可判定距 离自装置越近的目标物，其危险度越高。再例如，也可在考虑目标物的相对速度相关信息的 基础上，考虑根据现有的ARPA或AIS等获取的信息计算该目标物的危险度。上述实施方式中，在相同条件下对固定目标物(Tn= 3)和移动目标物(Tn = 2)的 危险度进行了判定。当然，也可在不同条件下对固定目标物和移动目标物的危险度进行判 定。该情况下，应该将移动的目标物判定为危险度高。上述实施方式中，虽然采用了根据回波强度确定显示色深浅的结构，但并不受此 限。例如，也可根据此前数次扫频所得回波强度的平均值确定颜色的深浅度。上述实施方式中，虽然指出利用与前一次扫描信号的相位差计算多普勒频率，不 限于此。例如，也可利用此前数次扫描所得信号，根据这些信号之间的相位差的平均值计算 多普勒频率。据此，可以降低噪声的影响，从而更准确地求算目标物的移动速度。另外，要 实现上述结构，扫描存储器4能够将数次扫描量的数据存储。
上述实施方式中，雷达天线发射的是脉冲电波，但也可使用FMCW(连续调频波)信号。
权利要求
一种雷达装置，具有天线，一边在水平面内旋转一边发射电磁波、接收来自目标物的回波信号；显示部，让所述回波信号对应相对于所述天线的所述目标物的位置、显示该目标物；速度推算部，推算所述天线与前述目标物之间的相对速度；危险度检测部，基于所述速度推算部推算出的所述目标物的相对速度、得出该目标物的危险度；其特征在于所述速度推算部，基于不同时刻接收到的至少两次所述回波之间的相位变化、计算出所述目标物的相对速度；同时，所述显示部，基于所述危险度控制所述目标物的显示形态。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，具有检测出所述回波信号种类的种 类确定部；所述危险度检测部，基于所述种类确定部检测出的信号种类和所述速度推算部 推算出的所述相对速度，检测出该目标物的危险度。
3.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，所述显示部，对应所述回波信号用多 个像素构成的数据表示所述目标物，所述种类确定部检测出对应每一个所述多个像素的所 述信号的种类。
4.根据权利要求1或2所述的雷达装置，其特征在于，所述显示部，基于所述危险度设 定表示目标物的颜色或彩色调色板。
5.根据权利要求4所述的雷达装置，其特征在于，所述显示部基于来自所述目标物的 回波信号的强度、控制显示所述目标物的色彩的浓度。
6.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，所述信号种类至少包括固定目标物、 移动目标物以及海面反射。
7.根据权利要求6所述的雷达装置，其特征在于，所述危险度检测部能够检测出在所 述信号种类中移动目标物比固定目标物或海面反射的危险度高。
8.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述危险度检测部能够检测出从所 述天线到所述目标物的距离近的目标物危险度高。
9.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述速度推算部基于所述天线接收 到的本次所述回波与该天线接收到的前次回波之间的相位变化，推算所述相对速度。
10.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述危险度检测部，基于所述目标 物的相对速度、及从ARPA及AIS中的至少一个获得的信息检测该目标物的危险度。
11.一种雷达装置画面显示方法，其特征在于，发射电磁波并接收来自目标物回波的送收信步骤；基于不同时刻接收到的至少两次所述回波信号的相位变化，推算在来自自装置的电磁 波的发射方向成分上的自装置和所述目标物之间相对速度的相对速度推算步骤；基于所述相对速度推算步骤推算出的所述目标物的相对速度，得出该目标物危险度的 危险度检测步骤；基于所述危险度检测步骤检测到的危险度，控制所述目标物显示形态的显示形态控制步骤。
12.—种雷达装置，其特征在于具有天线部，发射探测目标物电磁波的同时接收该电波从目标物反射的回波； 相对速度推算部，基于不同时刻接收到的所述回波信号的相位差、推算所述目标物与 所述天线的相对速度。
13.根据权利要求12所述的雷达装置，其特征在于，还具有 显示部，显示由所述天线部接收到的所述回波形成的目标物；显示形态转换部，基于由所述相对速度推算部推算出的所述相对速度，转换所述规定 的显示形态。
14.根据权利要求13所述的雷达装置，其特征在于，还具有比较部，比较所述相对速度推算部推算出的所述相对速度与规定域值； 所述显示形态转换部，当所述比较部判断所述相对速度大于所述规定域值时，在所述 显示部强调显示所述目标物的目标物映像。
15.一种雷达装置的显示方法，其特征在于具有如下步骤；第一步骤，发射探测目标物电波的同时接收该电波从目标物反射的回波；第二步骤，接收第1时刻的第1回波信息；第三步骤，接收第2时刻的第2回波信息；第四步骤，基于第1和第2回波信息，推算其回波的相位差；第五步骤，基于第四步骤推算出的相位差，推算所述目标物的相对速度。
全文摘要
本发明提供一种可准确且实时掌握高碰撞危险度目标物的雷达装置及其画面显示方法。雷达装置配有雷达天线1、显示器8、速度推算部22和数据生成部6。雷达天线1在水平面内边旋转边不断收发脉冲信号。显示器8可显示描绘自装置周围目标物位置的雷达映像。速度推算部22可推算在自装置发出的电波发射方向成分上，自装置与前述目标物之间的相对速度。数据生成部6可根据速度推算部22推算出的前述目标物的相对速度求算该目标物的危险度。另外，速度推算部22还可根据雷达天线1所接收到的前后两次回波之间的相位变化检测前述相对速度。另外，显示器8在显示前述雷达映像时，可就危险度较高和较低的目标物采用不同的显示方法。
文档编号G01S7/04GK101887123SQ201010184139
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年5月13日
发明者大浩司 申请人:古野电气株式会社