雷达装置以及目标追踪方法与流程

本发明主要涉及一种具有追踪目标的功能的雷达装置。

背景技术：

从之前以来，已知有一种具有根据雷达天线已接收的回波信号来追踪目标的功能(目标追踪(targettracking，tt)功能)的雷达装置。专利文献1公开此种雷达装置。

专利文献1的雷达装置包括特征提取部件与信息挑选部件。特征提取部件提取关于正在追踪的目标的形状的特征(例如，回波的形状的从本船看到的方位范围及距离范围)，并存储其提取数据。信息挑选部件判别已由特征提取部件提取的正在追踪的目标的特征是否与规定的窗口内所存在的目标的特征一致。

专利文献1通过所述构成，根据形状的特征来挑选回波数据，因此不会将不需要的回波与原本的追踪对象即目标搞错而选择。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开平9-236658号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在雷达装置中，例如在船舶彼此擦肩而过、或船舶在浮标的附近移动的情况等下，有时多个回波在雷达图像上一体化，看上去变成一个回波(以下，有时将此现象称为合并)。

关于此点，专利文献1的雷达通过回波的形状的特征来挑选追踪目标，因此即便暂时产生回波的合并，在回波再次分离后，大多也可以正常地继续目标的追踪。但是，在合并前的各个回波的形状相互类似的情况下，针对合并后分离的回波，难以判别哪个回波是追踪目标的回波，存在以回波的合并为契机而开始追踪错误的回波的担忧。

另外，即便在不产生多个回波的合并的情况下，也存在回波的形状因观测状况等而变化的情况。在此情况下，在专利文献1的构成中存在看丢追踪目标的担忧。

在以下的说明中，有时将追踪对象在中途从某一目标的回波变成另一目标的回波的现象称为追踪的“转移”。另外，有时将看丢追踪对象的现象称为追踪的“丢失”。所述专利文献1在抑制转移及丢失来实现良好的追踪这一点上，留有改善的余地。

本发明是鉴于以上的情况而成，其主要目的在于提供一种可考虑多个回波合并的状况，进行正确且稳定的目标的追踪的雷达装置。

解决问题的技术手段

本发明要解决的课题如上所述，继而，对用于解决所述课题的手段及其效果进行说明。

根据本发明的第一观点，提供以下的构成的雷达装置。即，所述雷达装置包括：追踪处理部、合并可能性计算部、以及事前应对处理部。所述追踪处理部对从已由天线接收的接收信号中检测到的回波进行追踪处理。所述合并可能性计算部根据包含目标的位置及速度的运动信息，计算将来产生多个回波一体化的回波合并的可能性即回波合并可能性。所述事前应对处理部根据所述回波合并可能性，进行应对将来的所述回波合并的产生的处理即事前应对处理。

由此，可在实际产生回波合并之前预计其可能性，事前进行适当的处理。

在所述雷达装置中，能够以如下方式构成：所述运动信息通过所述追踪处理部进行的所述追踪处理来获取。

由此，可通过简单的构成来获取运动信息。

在所述雷达装置中，能够以如下方式构成：所述运动信息根据从船舶自动识别装置输入的信息来获取。

在此情况下，也可以通过简单的构成来获取运动信息。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含使所述追踪处理部进行的所述追踪处理的控制增益不同的处理。

由此，例如在预计回波合并的可能性高的情况下，事前使追踪处理的灵敏度下降，由此可抑制追踪的转移及丢失。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含在所述追踪处理进行的所述追踪处理中，使对于新检测到的回波的响应性下降的处理。

由此，事前使对于新检测到的回波的响应性下降，由此即便在产生了回波的合并的情况下，也可以抑制再分离后的追踪的转移及丢失。

在所述雷达装置中，优选设为以下的构成。即，所述追踪处理部具有：第一模式，根据新检测到的回波来获取所述目标的位置；以及第二模式，无视新检测到的回波，根据以前的所述追踪处理的结果来推断目标的位置。所述事前应对处理包含使所述追踪处理部从所述第一模式切换成所述第二模式的处理。

由此，以使追踪处理部在第二模式下进行追踪处理的方式事前进行切换，由此即便在产生了回波的合并的情况下，也可以抑制再分离后的追踪的转移及丢失。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含使从所述接收信号检测区域式地集合存在的回波时的所述接收信号的强度的阈值不同的处理。

由此，例如通过事前增大接收信号的强度的阈值，可使区域式地集合存在的回波即便在与其他回波接近的情况下，也难以一体化。由此，容易将成为追踪的转移及丢失的原因的回波合并的产生防止于未然。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含变更对所述接收信号进行的噪声去除处理的阈值的处理。

由此，例如通过事前增大噪声去除处理的阈值，可抑制应相互分离来处理的回波经由噪声而一体化。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含使所述回波合并可能性为规定以上的回波的显示与通常不同的处理。

由此，使用者可事前注意将来与其他回波一体化的可能性高的回波。因此，即便在伴随回波的合并而产生了追踪的转移或丢失的情况下，使用者也容易提前察觉此情况而进行适当的应对。

在所述雷达装置中，优选所述事前应对处理包含使关于所述回波合并可能性为规定以上的回波的追踪符号的显示与通常不同的处理。

由此，使用者可事前注意关于将来与其他回波一体化的可能性高的回波的追踪目标。因此，即便在伴随回波的合并而产生了追踪的转移或丢失的情况下，使用者也容易提前察觉此情况而进行适当的应对。

在所述雷达装置中，优选设为以下的构成。即，若由所述合并可能性计算部所获得的所述回波合并可能性变得比规定的判定阈值高，则所述事前应对处理部开始所述事前应对处理。若所述回波合并可能性变得比所述判定阈值低，则所述事前应对处理部结束所述事前应对处理。

由此，可防止连不必要的情况都进行事前应对处理。

在所述雷达装置中，优选所述合并可能性计算部根据所述运动信息来计算目标彼此的最接近距离，并根据所获得的最接近距离来获取所述回波合并可能性。

由此，可利用运动信息来适当地评估当前分开存在的回波将来一体化的可能性。

在所述雷达装置中，优选设为以下的构成。即，所述合并可能性计算部计算产生所述回波合并为止的推断时间。所述事前应对处理部根据所述回波合并可能性及所述推断时间，进行所述事前应对处理。

由此，在推断虽然回波合并的可能性高，但产生合并为止的时间长的情况下，可进行不立即执行事前应对处理等更灵活的应对。

根据本发明的第二观点，提供以下的目标追踪方法。即，对从已由天线接收的接收信号中检测到的回波进行追踪处理。根据包含目标的位置及速度的运动信息，计算将来产生多个回波一体化的回波合并的可能性即回波合并可能性。根据所述回波合并可能性，进行应对将来的所述回波合并的产生的处理即事前应对处理。

由此，可在实际产生回波合并之前预计其可能性，事前进行适当的处理。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的雷达装置的框图。

图2是说明在雷达装置中进行的回波合并可能性的检测与事前应对处理的示意图。

具体实施方式

继而，参照图式对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的一实施方式的雷达装置1的框图。

图1中所示的雷达装置1设置在船舶等移动体，通过放射电波来探查本船的周围。所述雷达装置1包括：雷达天线11、信号处理部12、图像处理部13、显示部14、回波检测部15、追踪处理部16、合并可能性计算部17、以及事前应对处理部18。

雷达装置1包括众所周知的计算机，包含中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、只读存储器(readonlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)等。在rom存储有用于实现本发明的目标追踪方法的程序。通过所述硬件与软件的协作，可使雷达装置1作为图像处理部13、回波检测部15、追踪处理部16、合并可能性计算部17、以及事前应对处理部18等来运行。

雷达天线11一边在水平面内旋转，一边重复进行电波的收发。雷达装置1一边使雷达天线11旋转，一边以短的时间间隔反复进行如下的运行：经由雷达天线11，将指向性强的电波(例如，脉冲状的电波)作为探查信号而发送，并且接收所述探查信号由目标等反射而返回的反射波。

在以后的说明中，有时将从雷达天线11发送探查信号至发送下一个探查信号为止的运行称为扫掠(sweep)。另外，有时将在各次的扫掠中通过雷达天线11来收发电波的方向称为距离方向，将雷达天线11进行旋转的方向称为方位方向。进而，有时将一边反复进行扫掠一边使雷达天线11旋转一次的运行称为扫描。

雷达装置1持续地进行扫描，由此可360°地探查本船的周围。

信号处理部12对通过由雷达天线11接收反射波所获得的模拟接收信号进行检波，并且对所述接收信号进行模拟/数字(analog/digital，a/d)转换来转换成数字数据。

进而，信号处理部12对所获得的数字数据进行各种处理。在所述处理中，包含去除使来自船舶等的回波变得难以判别的噪声的噪声去除处理。作为噪声的原因，例如可想到未图示的雷达接收电路的内部杂音、及雨或雪的回波等。

信号处理部12每当从雷达天线11输入一次扫掠的接收信号时，均如所述那样生成数字数据，并朝图像处理部13及回波检测部15输出。

图像处理部13生成作为光栅形式的二维图像的雷达影像。若具体地进行说明，则图像处理部13包括图像存储器，若从信号处理部12输入一次扫掠的数字数据，则根据所述扫掠中的雷达天线11的方向，计算与所述数据中包含的回波对应的表示在图像存储器中的位置(二维正交坐标)的地址。其后，图像处理部13使对应于回波的强度而事先决定的颜色存储在经计算的地址的位置。通过以上方式，可制作表示周围的状况的雷达影像。

进而，图像处理部13根据从后述的追踪处理部16所获得的追踪目标(目标)的信息，制作表示追踪目标的位置及速度的符号(追踪符号)，并进行将所述符号与雷达影像合成的处理。由此，图像处理部13可生成在雷达影像中重叠追踪目标的速度向量而成的合成影像。图像处理部13将所获得的合成影像输出至显示部14。

显示部14作为众所周知的光栅扫描式的显示器来构成。显示部14在其显示画面显示已从图像处理部13输入的合成影像。

回波检测部15根据已从信号处理部12输入的数字数据来检测回波。

若具体地进行说明，则回波检测部15若从信号处理部12输入一次扫掠的数字数据，则将由所述数字数据表示的接收信号的强度与规定的二值化阈值进行比较，例如，将强度为阈值以上的情况设为“1”，在并非如此的情况下以变成“0”的方式进行转换。在通过所述二值化处理所获得的信号中，“1”的数据表示有回波，“0”的数据表示无回波。

进而，回波检测部15在二值化后的数据中调查“1”的数据的二维的连续性(即，在距离方向及方位方向上的连续性)，检测回波的区域式的集合。在以下的说明中，有时将如所述那样被集合检测的回波称为区域回波。信号处理部12针对每个“1”的数据的集合(换言之，每个区域回波)，通过计算来求出其代表点的坐标。代表点怎么规定都行，例如可设为表示“1”的数据连续的区域的图形的重心。所获得的区域回波的代表点的位置实质上表示目标的位置。每进行一次扫描，回波检测部15均针对经检测的所有区域回波，将代表点的坐标输出至追踪处理部16。

追踪处理部16根据已从回波检测部15输入的区域回波的位置的信息，持续地追踪目标，并推断其运动信息。在所述运动信息中包含目标的位置、目标移动的方向及移动速度的大小。

追踪处理部16是用于tt功能的众所周知的构成，因此不进行详细说明，但在追踪处理部16中进行如下的处理。

追踪处理部16从在本次的扫描中已从回波检测部15输入的目标中，针对某一追踪目标，将离在上次的扫描的时间点所预测的本次的目标的位置最近的位置作为所述追踪目标的本次的观测位置来求出。由此，可将追踪目标与在本次的扫描中已从回波检测部15输入的目标的位置建立对应。

继而，追踪处理部16使用上次的扫描中的推断位置与本次的扫描中所获得的观测位置，算出追踪目标的推断位置。此时，例如使用众所周知的α-β追踪器或卡尔曼滤波器(kalmanfilter)等进行适宜的平滑化处理来求出推断位置，由此与直接使用本次的扫描中所获得的观测位置的情况相比，可使追踪目标的位置的输出稳定化。

追踪处理部16根据上次的扫描中所获得的推断位置与本次的扫描中所获得的推断位置，通过计算来获取表示追踪目标的移动速度的速度向量。

继而，追踪处理部16根据本次的扫描中所获得的推断位置与所述速度向量，预测下次的扫描的时间点的目标的位置。所述预测位置可用于下次的扫描中的追踪处理。

追踪处理部16对所有追踪目标进行以上所说明的处理。另外，关于在本次的扫描中已从回波检测部15输入的目标之中，与过去所追踪的目标未建立对应的目标，追踪处理部16将其作为新的追踪目标来处理。

追踪处理部16在每一次扫描中重复所述处理，由此可持续地追踪目标。

追踪处理部16在每一次扫描中，均针对各个追踪目标，将本次的扫描中的推断位置与速度向量作为所述运动信息而输出至图像处理部13。追踪处理部16也对合并可能性计算部17输出各追踪目标的运动信息。

但是，追踪处理部16以可切换如所述那样进行通常的追踪处理的模式(第一模式)、及进行特别的追踪处理的模式(第二模式)的方式构成。在所述第二模式下，追踪处理部16无视来自回波检测部15的目标的位置的输入，将目标看作以固定的速度进行运动，通过即将切换成第二模式之前所获得的速度向量来求出目标的推断位置。

合并可能性计算部17根据已从追踪处理部16输入的各追踪目标的运动信息，具体而言，根据目标的推断位置及速度向量，通过计算来获取与所述追踪目标对应的回波将来与其他回波合并的可能性(以下，有时称为回波合并可能性)。

回波合并可能性只要是表示两个回波将来进行接触的可能性者即可，可考虑使用各种指标。在本实施方式中，利用作为通过tt功能等来判定本船与其他船的碰撞危险度的方法的最接近点(closestpointofapproach，cpa)的想法，判定回波合并可能性。

cpa众所周知，因此省略详细的说明，但若简单地进行说明，则cpa是如下者：根据其他船相对于本船的相对位置与相对速度，求出至其他船最接近本船的点即最接近点为止的距离(最接近距离、最接近点距离(distancetoclosestpointofapproach，dcpa))，在所述距离为规定以下的情况下判定碰撞危险度高。

cpa是评估本船与其他船的碰撞风险者，但也可以应用于评估两个目标的回波彼此接触(换言之，合并)的可能性的情况。即，当将两个目标设为a、b时，只要计算目标b相对于目标a的相对位置与相对速度，根据所述相对位置与相对速度来求出dcpa，在所述dcpa低于规定的阈值的情况下，判定两个目标a、b的回波彼此合并的可能性高即可。

合并可能性计算部17从已从追踪处理部16输入的目标中选出任意的两个目标来进行dcpa的计算，并根据所获得的dcpa，判定回波合并可能性是否高。合并可能性计算部17在判定回波合并可能性高的情况下，朝事前应对处理部18输出所述两个目标各自的信息。

作为合并可能性计算部17朝事前应对处理部18输出的目标的信息，可列举：目标的位置、速度、以及产生回波合并为止的推断时间等。作为所述推断时间，可使用从目标b至所述最接近点为止的距离除以目标b相对于目标a的相对速度所获得的时间(最接近时间、最接近点时间(timetoclosestpointofapproach，dcpa))。

合并可能性计算部17对从已从追踪处理部16输入的所有目标中选出两个目标的所有组合进行所述处理。由此，可无遗漏地检测回波一体化的可能性高的目标的组合，并朝事前应对处理部18输出所述目标的信息。

事前应对处理部18在从合并可能性计算部17输入了回波合并可能性高的目标的信息的情况下，事前对信号处理部12、图像处理部13、回波检测部15、以及追踪处理部16进行防备有可能产生回波的合并的状况的特别的处理。

若具体地进行说明，则事前应对处理部18进行以下的(1)～(4)中所示的处理作为产生回波的合并之前的应对。

(1)事前应对处理部18对追踪处理部16所包括的增益控制部21发送信号，以使追踪处理部16针对回波合并可能性高的目标，进行无视从回波检测部15输入的目标的位置的追踪处理(所述第二模式下的追踪处理)的方式进行控制。因此，不进行所推断的速度向量的更新，将目标看作以固定的速度移动来进行追踪。因此，增益控制部21实质上可使与追踪处理部16进行的追踪控制相关的控制增益变成零。由此，即便实际产生了回波的合并，也可以防止目标的追踪受到影响而产生转移或丢失等。

(2)事前应对处理部18对图像处理部13发送信号，以在图像处理部13生成并朝显示部14输出的雷达影像中，将回波合并可能性高的回波与通常的回波加以区分(例如，利用不同的颜色)来显示的方式进行控制。作为替代或除此以外，也可以将表示追踪目标的位置及速度的符号与通常的符号加以区分来显示。由此，使用者可事前对回波彼此合并的可能性高的回波加以注意。因此，即便在实际产生了回波合并，并伴随于此而产生了追踪的转移等的情况下，使用者也可以提前察觉此情况而采取适当的应对。

(3)事前应对处理部18对信号处理部12发送信号，以针对探查了回波合并可能性高的目标的附近时的接收信号的数字数据，例如增大所述噪声去除处理中所使用的阈值的方式进行控制。由此，即便在多个回波已相互接近的情况下，包含如将回波彼此连接的噪声在内比通常更强力地去除噪声，因此也可以将回波彼此的合并防止于未然。

(4)事前应对处理部18对回波检测部15发送信号，以针对探查了回波合并可能性高的目标的附近时的接收信号的数字数据，增大进行所述二值化处理时的信号强度的阈值的方式进行控制。由此，即便在多个回波已实际接近的情况下，在与两个回波对应的“1”的连续的区域之间，也容易出现表示无回波的“0”。因此，可在各个回波已从其他回波良好地分离的状态下，通过追踪处理部16来进行追踪。

但是，事前应对处理部18进行所述(1)～(4)的所有处理的构成为一例，可对应于情况而省略任一者。另外，也可以变更所述处理。

例如，在所述(1)中，也可以在追踪处理部16中不进行第二模式下的追踪处理而维持第一模式，但增益控制部21进行在用于目标位置的推断的所述α-β追踪器中使位置平滑化常数α及速度平滑化常数β变小的控制。在此情况下，也可以使对于追踪目标的本次的观测位置的响应性下降，实质性地变更控制增益。

另外，例如可考虑代替在所述(2)中利用其他颜色来显示回波，而针对包含所述回波的适宜的大小的区域，对雷达影像进行例如锐化等图像处理。由此，显示在显示部14的各回波的轮廓变得明确，因此各回波分离而容易看见。

事前应对处理部18在从开始所述事前应对处理起规定时间后，结束所述处理，恢复成原来的状态。事前应对处理持续的时间可设为使从所述合并可能性计算部17输入的产生回波合并为止的推断时间与规定的余裕相加所得的时间。由此，可在有可能产生回波合并的时机之前，确实地继续进行事前应对处理。

也可以想到根据状况，回波合并可能性变成规定的判定阈值以上而开始事前应对处理后，在经过所述规定时间之前，回波合并可能性下降而低于所述判定阈值的情况。在此情况下，也可以在经过规定时间之前结束事前应对处理。由此，可防止连不必要的情况都继续进行事前应对处理。

在产生回波合并为止的推断时间相当长的情况下，若立即进行事前应对处理，则也存在处理的时机过早，反而不适当的情况。因此，也可以使事前应对处理部18在回波合并可能性为规定的判定阈值以上、且所述推断时间为规定的阈值以内时进行事前应对处理。通过如所述那样也考虑时间的条件，可在适当的时机进行事前应对处理。

继而，针对通过本发明来进行与目标的追踪相关的事前处理时的效果，以如图2所示两个目标擦肩而过的情况为例进行说明。图2是说明在雷达装置1中进行的回波合并可能性的检测与事前应对处理的示意图。

图2(a)中表示通过雷达装置1所包括的追踪处理部16来追踪作为船舶的两个目标a、b的情况。在图2中，附加了影线的图形表示回波。在各个目标的回波中重叠显示有所述追踪符号。在追踪符号中，追踪处理部16已求出的各目标的推断速度向量由直线表示。

从图2(a)的状态起时间略微经过，各个船舶变更了前进道路，伴随于此，两个目标a、b的移动方向变化，追踪处理部16求出的推断速度向量变成如图2(b)那样。

在所述图2(b)的时间点，合并可能性计算部17所计算的回波合并可能性大幅度地提高。伴随于此，事前应对处理部18可进行预想到回波有可能合并的事前应对处理。

具体而言，在从图2(b)的状态至经过适宜的时间为止的期间，追踪处理部16无视新检测到的回波的位置及形状，利用在图2(b)的时间点所获得的推断速度向量，通过计算来求出各目标a、b的位置。换言之，追踪处理部16进行基于使用以前(更具体而言，判定回波合并可能性高之前)获得的速度向量的预测的追踪。由此，即便如图2(c)那样实际产生了回波合并，针对再分离后的各个回波，也可以如图2(d)那样，继续进行不产生转移的正确的追踪。

如以上所说明的那样，本实施方式的雷达装置1包括：追踪处理部16、合并可能性计算部17、以及事前应对处理部18。追踪处理部16对从已由雷达天线11接收的接收信号中检测到的回波进行追踪处理。合并可能性计算部17根据包含目标的位置及速度的运动信息，计算将来产生多个回波一体化的回波合并的可能性即回波合并可能性。事前应对处理部18根据所述回波合并可能性，进行应对将来的回波合并的产生的处理即事前应对处理。

另外，在本实施方式的雷达装置1中，通过以下的方法来进行目标的追踪。即，对从已由雷达天线11接收的接收信号中检测到的回波进行追踪处理。根据包含目标的位置及速度的运动信息，计算将来产生多个回波一体化的回波合并的可能性即回波合并可能性。根据所述回波合并可能性，进行应对将来的所述回波合并的产生的处理即事前应对处理。

由此，可在实际产生回波合并之前，算出其可能性，并对应于所预计的回波合并的可能性进行适当的处理。

以上对本发明的适宜的实施方式进行了说明，但所述构成例如可如以下这样变更。

在所述实施方式的雷达装置1中，通过追踪处理部16进行追踪处理来获取追踪目标(目标)的运动信息，但也可以是通过船舶自动识别装置(船舶自动识别系统(automaticidentificationsystem，ais))来获取追踪目标的运动信息。即，雷达装置1除追踪处理部16以外，包括ais信息获取部，所述ais信息获取部能够以获取其他船的位置及速度的方式构成。ais信息中包含的其他船的位置及速度是将地球作为基准，因此ais信息获取部将其转换成相对于本船的相对位置及相对速度，并将转换后的信息作为所述运动信息而输出至合并可能性计算部17。由此，也可以通过合并可能性计算部17来计算回波合并可能性，并对应于所获得的可能性进行适当的处理。

雷达装置1并不限定于船舶用的雷达，例如也可以是设置在港湾或灯塔等，监视移动体的位置等的雷达。

追踪处理部16能够以如下方式构成：存储追踪目标的形状等特性，一边判别是否适合所述特性一边进行所述对应建立。

在所述实施方式中，雷达装置1作为脉冲雷达来构成，但所述雷达装置1例如也可以是连续波(continuouswave，cw)雷达或脉冲多普勒雷达(pulsedopplerradar)。

附图标号说明

1：雷达装置

11：雷达天线

12：信号处理部

13：图像处理部

14：显示部

15：回波检测部

16：追踪处理部

17：合并可能性计算部

18：事前应对处理部

21：增益控制部