JP2008014874A - Radar for marine vessel - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、船舶用レーダに関し、特に船体が動揺している状態での物標探知時の方位角精度および物標の追尾性能を向上させた船舶用レーダに関するものである。 The present invention relates to a marine radar, and more particularly to a marine radar with improved azimuth angle accuracy and target tracking performance when a target is detected in a state where the hull is moving.
船舶用として広く採用されているパルス方式のレーダは、アンテナを2〜3秒程度で1回転させ、全周(全方位)の物標を探知する。また、このようなレーダを用いて他船等との衝突を予防することを目的として、自動衝突予防援助装置(ARPA)が多数の船舶に搭載されている(例えば特許文献1,2参照。)。
このような船舶用レーダは、近年にはより小型の船舶にも搭載されるようになっている。ところが小型の船舶にレーダが搭載される場合に、以降に述べるように特有の問題が生じることを発明者は見いだした。 In recent years, such marine radar has been mounted on smaller ships. However, when the radar is mounted on a small ship, the inventor has found that a unique problem occurs as described below.
一般に船舶用レーダのアンテナは、船体上の見通しの良い場所に固定されているため、船体と同様の姿勢をとる。そのため、風雪波浪等によって船体の姿勢が変化する(すなわち動揺する)と、それとともにアンテナの回転軸も動揺することになる。アンテナの走査面が海面(水平面)と平行である時には、アンテナ方位角が実際のアンテナの指向方向を示すことになるが、船体の姿勢変化に伴ってアンテナの走査面が海面に対して非平行になると、水平面内で実際にビームが指向している方位とアンテナ方位角との間に誤差が生じる。 In general, since an antenna of a marine radar is fixed at a place with a good line of sight on the hull, it takes a posture similar to that of the hull. Therefore, when the attitude of the hull changes (that is, shakes) due to wind and snow waves, the rotation axis of the antenna is also shaken. When the antenna scanning plane is parallel to the sea surface (horizontal plane), the antenna azimuth angle indicates the actual antenna pointing direction, but the antenna scanning plane is not parallel to the sea surface as the hull changes in attitude. Then, an error occurs between the direction in which the beam is actually directed in the horizontal plane and the antenna azimuth angle.
上記誤差はレーダ映像の精度を劣化させる原因となる。また、ARPAでは他船の測定位置の時間的変化から、その他船の速度および位置を推定するが、上記アンテナ方位角の誤差はそのまま他船の方位方向の測定位置の誤差として影響を受ける。特に遠方にある他船であるほど方位誤差の影響を大きく受け、他船の推定速度の誤差が大きくなる。そのため、遠方の物標について、いわゆるターゲットロスト(物標の追尾中にその物標の速度がが急激に変化したように見えて、物標の追尾を中断してしまう現象)やターゲット乗り移り(物標の追尾中に、その物標に近接する他の物標の位置を誤って追尾してしまう現象)等の追尾誤りが発生しやすくなり、追尾性能が劣化するという問題があった。 The error causes the accuracy of the radar image to deteriorate. In ARPA, the speed and position of the other ship are estimated from the temporal change of the measurement position of the other ship. However, the error of the antenna azimuth is directly affected as the error of the measurement position in the azimuth direction of the other ship. In particular, the farther the other ship is, the more affected by the heading error, the more the estimated speed error of the other ship becomes larger. For this reason, for a distant target, so-called target lost (a phenomenon in which the speed of the target appears to change suddenly during target tracking and the target tracking is interrupted) or target transfer (target During tracking of a target, a tracking error such as a phenomenon of erroneously tracking the position of another target close to the target is likely to occur, and there is a problem that tracking performance deteriorates.
そこで、この発明の目的は、搭載される船舶の動揺に応じて変化するレーダアンテナの姿勢変化に起因するアンテナ方位角の誤差による問題を解消した船舶用レーダを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a marine radar that solves the problem caused by an error in antenna azimuth caused by a change in the attitude of a radar antenna that changes in accordance with the motion of a ship that is mounted.
上記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
(1)船体の進行方向である船首尾方向に平行で且つ正横方向に平行な船体基準面(船体座標系での基準面)内でビームの指向方向が旋回するアンテナを利用するレーダであって、前記アンテナからパルス状電波を一定周期で繰り返し送信するとともに、前記アンテナで前記パルス状電波の物標での反射波である受信信号を受信する送受信手段と、前記受信信号によって物標までの距離を検知する距離検知手段と、を備えた船舶用レーダにおいて、
水平面(大地)に対する前記船体基準面の姿勢角を検出する船体姿勢角検知手段と、
前記船体基準面内での前記ビームの指向方向であるアンテナ方位角と前記姿勢角とに基づいて前記アンテナ方位角を水平面に投影した角度を補正アンテナ方位角として求める補正アンテナ方位角検知手段と、を設けたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
(1) A radar that uses an antenna whose beam directing direction turns within a hull reference plane (reference plane in the hull coordinate system) that is parallel to the fore-and-aft direction, which is the direction of travel of the hull. Transmitting and receiving pulsed radio waves from the antenna repeatedly at a constant period, and receiving and receiving signals that are reflected waves from the target of the pulsed radio waves by the antenna; In a marine radar provided with a distance detection means for detecting a distance,
Hull attitude angle detection means for detecting an attitude angle of the hull reference plane with respect to a horizontal plane (ground);
Correction antenna azimuth angle detecting means for obtaining an angle obtained by projecting the antenna azimuth angle on a horizontal plane based on the antenna azimuth angle and the attitude angle which is the beam directing direction in the hull reference plane as a correction antenna azimuth angle; It is characterized by providing.
(2)前記船体姿勢角検知手段は、前記船体のローリング角またはピッチング角を検知し、前記補正アンテナ方位角検知手段は、前記ローリング角または前記ピッチング角と前記アンテナ方位角とを変数とする関数の演算により前記補正アンテナ方位角を求めるものである。 (2) The hull attitude angle detecting means detects a rolling angle or a pitching angle of the hull, and the correction antenna azimuth angle detecting means is a function having the rolling angle or the pitching angle and the antenna azimuth as a variable. The corrected antenna azimuth is obtained by the calculation of
(3)前記船体姿勢角検知手段は、前記船体のローリング角およびピッチング角を個別に検知し、前記補正アンテナ方位角検知手段は、前記ローリング角、前記ピッチング角、および前記アンテナ方位角を変数とする関数の演算により前記補正アンテナ方位角を求めるものである。 (3) The hull attitude angle detection means individually detects a rolling angle and a pitching angle of the hull, and the correction antenna azimuth angle detection means uses the rolling angle, the pitching angle, and the antenna azimuth as variables. The correction antenna azimuth is obtained by calculating a function to
(4)前記補正アンテナ方位角検知手段は、前記ローリング角またはピッチング角が所定のしきい値を超えるときに、前記関数の演算により前記補正アンテナ方位角を求めるものである。 (4) The corrected antenna azimuth detecting means obtains the corrected antenna azimuth by calculating the function when the rolling angle or pitching angle exceeds a predetermined threshold.
(5)前記補正アンテナ方位角検知手段により検知された補正アンテナ方位角と、前記距離検知手段により検知された物標までの距離とによって、前記水平面内での複数の物標の2次元位置を繰り返し検知するとともに、それらの物標の位置を追尾する物標追尾手段と、
前記補正アンテナ方位角と前記受信信号とに基づいて前記水平面内での前記物標の映像を表示するための映像データを生成する映像データ生成手段と、
前記物標追尾手段により追尾されている物標の位置を表すマークの表示データを生成するマーク表示データ生成手段と、
前記映像データと前記マークの表示データとを表示する表示手段とを備える。
(5) Based on the corrected antenna azimuth angle detected by the corrected antenna azimuth angle detection means and the distance to the target detected by the distance detection means, the two-dimensional positions of the plurality of targets in the horizontal plane are determined. A target tracking means for repeatedly detecting and tracking the positions of those targets,
Video data generating means for generating video data for displaying the video of the target in the horizontal plane based on the corrected antenna azimuth and the received signal;
Mark display data generating means for generating display data of a mark representing the position of the target being tracked by the target tracking means;
Display means for displaying the video data and the display data of the mark.
(1)船体姿勢角検知手段は、水平面に対する船体基準面(船体座標系の基準面であり、アンテナ走査面である)の姿勢角を検出し、補正アンテナ方位検知手段が前記船体基準面内でのビームの指向方向であるアンテナ方位角と姿勢角とに基づいて、アンテナ方位を水平面に投影した角度を求めるが、その角度は水平面内でのビームの指向方向であるので、船体の動揺等による船体基準面の傾きによる誤差を補正できる。そのため風雪や波浪等によって動揺しやすい小型船舶においても位置精度の高い物標探知が可能となる。 (1) The hull attitude angle detection means detects an attitude angle of a hull reference plane (a reference plane of the hull coordinate system and an antenna scanning plane) with respect to a horizontal plane, and the correction antenna direction detection means is within the hull reference plane. Based on the antenna azimuth angle and attitude angle, which are the beam directing directions, the angle obtained by projecting the antenna azimuth onto the horizontal plane is obtained, but since the angle is the beam directing direction in the horizontal plane, The error due to the inclination of the hull reference plane can be corrected. Therefore, it is possible to detect a target with high positional accuracy even in a small ship that is easily shaken by wind and snow or waves.
(2)船体姿勢角検知手段が船体のローリング角またはピッチング角を検知し、補正アンテナ方位角検知手段がローリング角またはピッチング角とアンテナ方位角とを変数とする関数の演算により補正アンテナ方位角を求めるようにすることによって、船体のローリング角またはピッチング角を検知する従来のセンサ(通常の別の目的で設けられているセンサ)の出力を利用できるので、船体姿勢角検知手段の構成が容易となる。 (2) The hull attitude angle detection means detects the rolling angle or pitching angle of the hull, and the correction antenna azimuth angle detection means calculates the correction antenna azimuth angle by calculating a function having the rolling angle or pitching angle and the antenna azimuth angle as variables. Since the output of a conventional sensor (a sensor provided for another normal purpose) that detects the rolling angle or pitching angle of the hull can be used, the configuration of the hull attitude angle detection means is easy. Become.
(3)船体姿勢角検知手段が船体のローリング角およびピッチング角を個別に検知し、補正アンテナ方位角検知手段がローリング角、ピッチング角およびアンテナ方位角を変数とする関数の演算により補正アンテナ方位角を求めるようにすることによって、船体の姿勢角をローリング角とピッチング角とで検知する従来のセンサの出力を利用できるので、船体姿勢角検知手段の構成が容易となる。 (3) The hull attitude angle detection means detects the rolling angle and the pitching angle of the hull individually, and the correction antenna azimuth angle detection means detects the correction antenna azimuth by calculating a function having the rolling angle, the pitching angle and the antenna azimuth as variables. Since the output of a conventional sensor that detects the attitude angle of the hull from the rolling angle and the pitching angle can be used, the configuration of the hull attitude angle detection means is facilitated.
(4)船体のローリング角またはピッチング角が所定のしきい値を超えるときに、補正アンテナ方位角検知手段が前記関数の演算により補正アンテナ方位角を求めるようにすることによって、船体の動揺の少ないときの演算処理量が削減でき、前記関数の演算を行う演算処理部はその分、他の処理を行うことができる。そのため、この船舶用レーダを用いる機器の総合的なパフォーマンスが向上する。 (4) When the rolling angle or pitching angle of the hull exceeds a predetermined threshold value, the correction antenna azimuth angle detection means obtains the correction antenna azimuth angle by the calculation of the function, thereby reducing the fluctuation of the hull. The calculation processing amount at the time can be reduced, and the calculation processing unit that performs the calculation of the function can perform other processes accordingly. Therefore, the overall performance of the equipment using this marine radar is improved.
(5)物標追尾手段が、前記補正アンテナ方位角と、物標までの距離とによって水平面内での複数の物標の2次元位置を繰り返し検知するとともに、それらの物標の位置を追尾し、映像データ生成手段が、補正アンテナ方位角と受信信号とに基づいて水平面内での物標の映像を表示するための映像データを生成し、マーク表示データ生成手段が、追尾物標の位置を表すマークの表示データを生成し、表示手段が映像データとマーク表示データを表示するので、物標の追尾を確実に行えるとともに、物標の映像と追尾中物標の位置を表すマークのいずれについても方位方向の誤差の少ない表示を行うことができる。 (5) The target tracking means repeatedly detects the two-dimensional positions of a plurality of targets in the horizontal plane based on the corrected antenna azimuth and the distance to the target, and tracks the positions of the targets. The video data generating means generates video data for displaying the video of the target in the horizontal plane based on the corrected antenna azimuth angle and the received signal, and the mark display data generating means determines the position of the tracking target. Since the display data of the mark to be generated is generated and the display means displays the video data and the mark display data, it is possible to reliably track the target, and about any of the mark indicating the target image and the position of the target being tracked In addition, it is possible to perform display with less error in the azimuth direction.
この発明の実施形態に係る船舶用レーダの構成を、各図を参照して説明する。
図1は船舶用レーダ100の全体の構成を示すブロック図である。図1において、レーダアンテナ1は船体の進行方向である船首尾方向に平行で且つ正横方向に平行な船体基準面に平行な平面を走査面とするアンテナであり、全周囲方向に一定周期でビームの指向方向が旋回する。このレーダアンテナ1からは上記船体基準面(走査面)内でのビームの指向方向であるアンテナ方位角の信号が出力される。
A configuration of a marine radar according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the
姿勢角センサ2はローリング角とピッチング角を検出するセンサであり、例えば3つ以上のGPSアンテナを用いて、その3つのGPSアンテナが成す平面の姿勢角を検出するセンサである。
The
この姿勢角センサ2は、姿勢角を検出すべき平面とレーダアンテナの走査面とが平行となるようにレーダアンテナ1のユニットに対して一体的に設けてもよい。すなわち、「姿勢角センサ付きレーダアンテナユニット」を構成して、このユニットを船体に装備すればよい。このことによって、仮に上記姿勢角センサ付きレーダアンテナユニットの船体に対する取り付け角に多少の誤差があっても、姿勢角を検出すべき平面とレーダアンテナの走査面とは常に平行関係が保たれるので、船体に対する上記ユニットの取り付け角の誤差による影響は受けにくく、船体の姿勢角に応じたアンテナ方位角の補正を高精度に行うことができる。
The
方位センサ3は船体の船首方位を検出するセンサであり、例えば2つまたは3つ以上のGPSアンテナを用いてそれらのアンテナの位置関係を測位することによって船首方位を求めるものである。GPSを利用する場合、上記姿勢角センサ2と方位センサ3は同じGPSアンテナを用いて上記姿勢角と船首方位を同時に検出することになる。
The
レーダ送受信器4はレーダアンテナ1を用いてパルス状電波を一定周期で繰り返し送信するとともに、パルス状電波の物標での反射波である受信信号を受信する。
The radar transmitter /
ビデオ信号処理部5は、レーダ送受信器4から出力されるビデオ信号(上記パルス状電波の1回の送受信による1スイープ分のビデオ信号)を順次読み込み、それをレーダ映像として表示するための信号処理を行う。
The video
方位誤差補正部6は、レーダアンテナ1から入力したアンテナ方位角を姿勢角センサ2から入力したローリング角およびピッチング角を基に補正し、補正アンテナ方位角信号を出力する。
The azimuth
レーダ映像データ生成部7はビデオ信号処理部5から読み取った各スイープのビデオ信号をレーダ映像として表示するための表示データを2次元画像メモリ上に展開する際、補正アンテナ方位角の各方向に各スイープのビデオ信号に相当する映像データを展開する。
The radar image
物標追尾部8はビデオ信号処理部5から読み取った各スイープのビデオ信号と、方位誤差補正部6からの補正アンテナ方位角の情報と、方位センサ3からの船首方位の情報と、測位装置12からの自船速の情報とを基に物標の追尾を行う。
The target tracking unit 8 includes a video signal of each sweep read from the video
他船表示データ生成部9は、物標追尾部8が追尾している物標(他船)の位置をマークで表示するための表示データを生成する。
The other ship display
表示制御部10は、レーダ映像データ生成部7で生成されたレーダ映像のデータ、他船表示データ生成部9で生成された追尾中物標のマークの表示データ、方位センサ3による船首方位、さらには表示すべき表示モードの情報を基に、最終的に表示する画像の表示信号を作成し、表示器11へ出力する。
The
図2は図1に示した物標追尾部8が物標追尾のために行ういわゆるαβトラッカーのトラッキング方法を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a so-called αβ tracker tracking method performed by the target tracking unit 8 shown in FIG. 1 for target tracking.
ここで、位置平滑化定数をα、速度平滑化定数をβとする直線予測器として、第nスキャンから第(n+1)スキャンを予測する様子を示している。第nスキャンでの予測位置をP(n)、測定位置をM(n)とすると、追尾誤差E(n)は、
E(n)=M(n)−P(n)
である。平滑位置S(n)と平滑速度V(n)は、
S(n)=P(n)+αE(n)
V(n)=V(n−1)+βE(n)/T
で求められる。ここで、Tはサンプル周期である。これから、(n+1)スキャンの予測位置P(n+1)は、
P(n+1)=S(n)+V(n)T
で求められる。
Here, a state in which the (n + 1) th scan is predicted from the nth scan is shown as a linear predictor in which the position smoothing constant is α and the speed smoothing constant is β. When the predicted position in the nth scan is P (n) and the measurement position is M (n), the tracking error E (n) is
E (n) = M (n) -P (n)
It is. The smoothing position S (n) and the smoothing speed V (n) are
S (n) = P (n) + αE (n)
V (n) = V (n−1) + βE (n) / T
Is required. Here, T is a sample period. From this, the predicted position P (n + 1) of the (n + 1) scan is
P (n + 1) = S (n) + V (n) T
Is required.
α=0は予測位置、α=1は測定位置を平滑位置とすることに相当し、αが小さいほど深く平滑化されることを意味している。このようにして物標nの運動量を推定するとともにその位置を追尾する。 α = 0 corresponds to the predicted position, and α = 1 corresponds to the smoothed position of the measurement position. The smaller α is, the deeper the smoothing is. In this way, the momentum of the target n is estimated and its position is tracked.
測位装置12は、例えばGPS受信機からなり、自船の位置、速度を求めるものである。レーダで求められるエコーはターゲットの相対位置であり、それを基にして追尾部で求める速度は相対速度である。さらに真速度も求めるためには、その相対速度に測位装置12の自船速度を加算する。
The
次に、図1に示した方位誤差補正部6の処理内容について説明する。
まずローリングによる方位誤差について図3を基に説明する。
図3において、船首方向をO−x、船体基準面が水平であるときの右舷方向を(正横右舷方向)O−yとする。また、x軸とy軸を含むxy平面(水平面)に垂直な軸をz軸とする。このz軸は全体のローリング角およびピッチング角が0°のときのアンテナの回転軸に相当し、上記xy平面はアンテナの走査面に相当する。
Next, processing contents of the azimuth
First, the azimuth error due to rolling will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the bow direction is O-x, and the starboard direction when the hull reference plane is horizontal (the front side starboard direction) O-y. An axis perpendicular to the xy plane (horizontal plane) including the x axis and the y axis is taken as the z axis. The z-axis corresponds to the rotation axis of the antenna when the entire rolling angle and pitching angle are 0 °, and the xy plane corresponds to the scanning plane of the antenna.
xy平面上にある物標をTとし、その座標を(X,Y,O)とする。この物標の船首方向からの方位角をθとすると、 A target on the xy plane is T, and its coordinates are (X, Y, O). If the azimuth angle from the bow direction of this target is θ,
である。ここで船体が左舷にローリング角Rだけ傾斜したとすると、y軸はy’軸に、z軸はz’軸に移るが、x軸は変化しない。アンテナの回転軸はzからz’に移り、電波の走査平面もxy平面からxy’平面に移る。 It is. If the hull is tilted to the port side by the rolling angle R, the y axis moves to the y 'axis and the z axis moves to the z' axis, but the x axis does not change. The rotation axis of the antenna moves from z to z ', and the radio wave scanning plane also moves from the xy plane to the xy' plane.
仮にビームがアンテナの回転軸に直角な平面すなわちxy’平面にしか発射されないとすれば、xy平面にある物標Tからの反射波は返ってこない。しかし実際にはレーダの垂直ビーム幅は20°程度あるから、電波が当たり、反射波が返ってくる。 If the beam is launched only in a plane perpendicular to the rotation axis of the antenna, that is, the xy 'plane, the reflected wave from the target T in the xy plane does not return. However, since the vertical beam width of the radar is actually about 20 °, the radio wave hits and the reflected wave returns.
ビームはxy’平面に垂直な広がりを持っているから、Tからxy’平面に垂線を下し、その足をT’とすると、アンテナがxy’平面内でO−T’方向に指向したとき物標Tの映像がスコープ上に現れる。この場合、アンテナは船首方向から∠BOT’だけ回っている。この角をθ’とすると、このθ’が補正アンテナ方位角である。 Since the beam has a spread perpendicular to the xy ′ plane, when a perpendicular is drawn from T to the xy ′ plane and its leg is T ′, the antenna is directed in the OT ′ direction in the xy ′ plane. An image of the target T appears on the scope. In this case, the antenna is turned by ∠BOT 'from the bow direction. If this angle is θ ′, this θ ′ is the correction antenna azimuth angle.
以上より From the above
となる。(2)式を整理すると、 It becomes. (2) Organizing the formula,
の関係が成り立つ。ここで(θ−θ′)が方位誤差である。 The relationship holds. Here, (θ−θ ′) is an azimuth error.
次に、ピッチングによる方位誤差について図4を基に説明する。
図4において、各軸の取り方は図3の場合と同様であり、船首方向をO−x、船体基準面が水平であるときの右舷方向を(正横右舷方向)O−yとする。また、x軸とy軸を含むxy平面(水平面)に垂直な軸をz軸とする。また、xy平面上にある物標をTとし、その座標を(X,Y,O)とする。
Next, the azimuth | direction error by pitching is demonstrated based on FIG.
In FIG. 4, the method of taking each axis is the same as in FIG. 3, and the bow direction is Ox, and the starboard direction when the hull reference plane is horizontal (the normal lateral starboard direction) Oy. An axis perpendicular to the xy plane (horizontal plane) including the x axis and the y axis is taken as the z axis. A target on the xy plane is T, and its coordinates are (X, Y, O).
ここで、船首方向で後方にピッチング角Pだけ傾いた場合、電波の走査平面はx’y平面に移る。Tからx’y平面に垂線を下し、その足をT’とすると、アンテナがx’y平面内でO−T’方向を指向したとき物標Tの映像が現れる。この場合、アンテナは∠B’OT’だけ回っている。この角度をθ’とすると、このθ’が補正アンテナ方位角である。 Here, if the pitching angle P is inclined backward in the bow direction, the radio wave scanning plane moves to the x′y plane. If a perpendicular line is drawn from T to the x′y plane and its leg is T ′, an image of the target T appears when the antenna is directed in the O-T ′ direction within the x′y plane. In this case, the antenna is turned by ∠B'OT '. When this angle is θ ′, this θ ′ is the correction antenna azimuth angle.
以上より From the above
となる。(4)式を整理すると、 It becomes. (4) Organizing the formula,
の関係が成り立つ。 The relationship holds.
次に、ローリングとピッチングが合わさったときの方位誤差について説明する。 Next, an azimuth error when rolling and pitching are combined will be described.
ここで、ローリング角をR、ピッチング角をP、アンテナ方位角をθ、求めるべき補正アンテナ方位角をθ″とすると、 Here, if the rolling angle is R, the pitching angle is P, the antenna azimuth is θ, and the corrected antenna azimuth to be obtained is θ ″,
の関係が成り立つ。 The relationship holds.
上記(6)式の証明は次のとおりである。
xy平面で考えた場合、原点をそのままにして、座標軸を角度θだけ回転した時の旧座標(x,y)と新座標(x’,y’)の関係は
The proof of the above equation (6) is as follows.
Considering the xy plane, the relationship between the old coordinates (x, y) and the new coordinates (x ′, y ′) when the coordinate axis is rotated by the angle θ with the origin as it is is
である。例えば点A(1,0)はxy座標軸が45度回転することにより、新座標では A’(√2/2, −√2/2 )になる。 It is. For example, the point A (1, 0) becomes A ′ (√2 / 2, −√2 / 2) in the new coordinates by rotating the xy coordinate axis by 45 degrees.
ピッチング角Pは y軸回りにP回転したもので、座標 (x,y,z)→(x’,y’,z’)に変換されるとすると、 The pitching angle P is P rotated around the y axis, and if converted to coordinates (x, y, z) → (x ′, y ′, z ′),
となる。 It becomes.
さらにローリング角R は x’軸回りにR回転したもので、座標 (x’,y’,z’)→(x”,y”,z”)に変換されるとすると、 Further, if the rolling angle R is R rotated around the x ′ axis and converted to coordinates (x ′, y ′, z ′) → (x ″, y ″, z ″),
つまり点(X,Y,Z)はピッチング角Pのピッチング、ローリング角Rのローリングが発生することにより(X”,Y”,Z”)に変換される。座標関係を纏めると、 That is, the point (X, Y, Z) is converted to (X ″, Y ″, Z ″) by the occurrence of pitching with the pitching angle P and rolling with the rolling angle R.
になる。 become.
(10)式.より、点T(X,Y,0)は (10) Formula. Therefore, the point T (X, Y, 0) is
になる。 become.
(X”,Y”)とtanθ”の関係を求めると、 When the relationship between (X ″, Y ″) and tan θ ″ is obtained,
になる。すなわち、(13)式は(6)式に一致する。 become. That is, equation (13) matches equation (6).
図5は(3)式においてローリング角Rを2.5°,5.0°,10.0°,20.0°とした時の補正アンテナ方位角と補正前のアンテナ方位角θとの差(方位誤差)θeの関係を示している。 FIG. 5 shows the difference between the corrected antenna azimuth angle and the uncorrected antenna azimuth angle θ when the rolling angle R is 2.5 °, 5.0 °, 10.0 °, and 20.0 ° in equation (3). The relationship of (azimuth error) θe is shown.
方位誤差θeが最大になるのはθ=45°,135°の時であり、ローリング角Rには依存しない。 The azimuth error θe is maximized when θ = 45 ° and 135 °, and does not depend on the rolling angle R.
この図5から明らかなように、ローリングによる方位誤差θerとアンテナ方位角θとは次の関係式で近似できる。 As is apparent from FIG. 5, the azimuth error θer due to rolling and the antenna azimuth angle θ can be approximated by the following relational expression.
θer=Asin(2θ) …(14)
ここでAはローリング角Rが定まった時のθerの最大値であり、(3)式から求められる。
θer = Asin (2θ) (14)
Here, A is the maximum value of θer when the rolling angle R is determined, and is obtained from equation (3).
図6は、(5)式においてピッチング角Pを2.5°,5.0°,10.0°,20.0°とした時の補正アンテナ方位角と補正前のアンテナ方位角θとの差(方位誤差)θeの関係を示している。 FIG. 6 shows the relationship between the corrected antenna azimuth angle and the uncorrected antenna azimuth angle θ when the pitching angle P is 2.5 °, 5.0 °, 10.0 °, and 20.0 ° in equation (5). The relationship of the difference (azimuth error) θe is shown.
方位誤差θeが最大になるのはθ=45°,135°の時であり、ピッチング角Pには依存しない。 The azimuth error θe is maximized when θ = 45 ° and 135 °, and does not depend on the pitching angle P.
この図6から明らかなように、ピッチングによる方位誤差θepとアンテナ方位角θとは次の関係式で近似できる。 As apparent from FIG. 6, the azimuth error θep due to pitching and the antenna azimuth angle θ can be approximated by the following relational expression.
θep=−Bsin(2θ) …(15)
ここでBはピッチング角Pが定まった時のθepの最大値であり、(5)式から求められる。
θep = −Bsin (2θ) (15)
Here, B is the maximum value of θep when the pitching angle P is determined, and is obtained from equation (5).
このように、船体の動揺に伴い、ローリングによる方位誤差とピッチングによる方位誤差はそれぞれ正弦波状に変化するので、その波形の最大値と位相を検知して、上記(14)式または(15)式によってローリングによる方位誤差θerまたはピッチングによる方位誤差θepを求めてもよい。但し、ローリングとピッチングが合わさった場合、上記方位角誤差θeはθerとθepの足しあわせとはならない。 Thus, as the hull moves, the azimuth error due to rolling and the azimuth error due to pitching change in a sine wave shape, so the maximum value and phase of the waveform are detected and the above formula (14) or (15) May determine the azimuth error θer due to rolling or the azimuth error θep due to pitching. However, when rolling and pitching are combined, the azimuth error θe is not an addition of θer and θep.
例えばローリング角とピッチング角が同じ比率である場合、真の方位が0°または180°の時に方位誤差θeが最大になる。その最大値はローリング角、ピッチング角のみの場合のそれぞれの方位誤差最大値を足しあわせた値より大きくなる。またθeが最大値をとる方位はローリングとピッチング角の比率で変わってくる。 For example, when the rolling angle and the pitching angle are in the same ratio, the azimuth error θe is maximized when the true azimuth is 0 ° or 180 °. The maximum value is larger than the sum of the maximum azimuth error values for the case of only the rolling angle and the pitching angle. In addition, the direction in which θe has the maximum value varies depending on the ratio of rolling to pitching angle.
したがって、ローリング角とピッチング角とがそれぞれ所定角以上である場合には、ローリング角Rとピッチング角Pを個別に検出して、(6)式により補正アンテナ方位角θ″を求めればよい。 Therefore, when the rolling angle and the pitching angle are equal to or larger than the predetermined angles, the rolling angle R and the pitching angle P are individually detected, and the corrected antenna azimuth angle θ ″ can be obtained by the equation (6).
次に別の実施形態に係る船舶用レーダの2つの構成例を図7・図8を参照して説明する。
図1に示した例では、物標追尾部8およびレーダ映像データ生成部7に対する方位誤差を補正するようにしたが、通常、レーダ映像については方位誤差の影響があまり目立たず、レーダ映像の観測上問題とならない場合もあるので、物標追尾部8が処理する方位データだけについて補正してもよい。図7はその船舶用レーダ101の構成を示すものである。
Next, two configuration examples of a marine radar according to another embodiment will be described with reference to FIGS.
In the example shown in FIG. 1, the azimuth error with respect to the target tracking unit 8 and the radar image
図7において、レーダ映像データ生成部7はビデオ信号処理部5から読み取った各スイープのビデオ信号をレーダ映像として表示するための表示データを2次元画像メモリ上に展開する際、アンテナ方位角の各方向に各スイープのビデオ信号に相当する映像データを展開する。
その他の構成・作用は図1に示したものと同様である。このように構成することによって、レーダ映像の方位補正処理を省略しても、方位誤差による影響が大きいARPA追尾部の精度を上げることができる。
In FIG. 7, the radar image
Other configurations and operations are the same as those shown in FIG. With this configuration, even if the azimuth correction processing of the radar image is omitted, it is possible to improve the accuracy of the ARPA tracking unit that is greatly affected by the azimuth error.
また、図1に示した例では、物標追尾部8を備えたARPA機能を備えるレーダについて示したが、物標追尾部の無い(ARPA機能の無い)レーダに適用してもよい。図8はその船舶用レーダ102の構成を示すものである。
In the example illustrated in FIG. 1, the radar including the ARPA function including the target tracking unit 8 is illustrated. However, the radar may be applied to a radar that does not include the target tracking unit (without the ARPA function). FIG. 8 shows the configuration of the
図8において、方位誤差補正部6は、レーダアンテナ1から入力したアンテナ方位角を姿勢角センサ2から入力したローリング角およびピッチング角を基に補正し、補正アンテナ方位角信号を出力する。レーダ映像データ生成部7はビデオ信号処理部5から読み取った各スイープのビデオ信号をレーダ映像として表示するための表示データを2次元画像メモリ上に展開する際、補正アンテナ方位角の各方向に各スイープのビデオ信号に相当する映像データを展開する。その他の構成・作用は図1に示したものと同様である。
In FIG. 8, the azimuth
このようにして、方位角精度の高いレーダ映像を表示することができる。 In this way, a radar image with high azimuth angle accuracy can be displayed.
なお、以上に示した例ではローリング角とピッチング角の何れか一方を検出し、その角度で方位誤差を補正するか、ローリング角とピッチング角の両方を検出して、その両方の角度で方位誤差を補正する例を示したが、ローリング角とピッチング角の両方を検出する場合であっても、その一方の角度だけで方位誤差を補正するようにしてもよい。
例えば、ローリング角とピッチング角のうち角度の大きな方だけを利用して方位誤差を補正するようにしてもよい。これにより処理に要する演算量を削減することができる。
In the example shown above, either the rolling angle or the pitching angle is detected and the azimuth error is corrected by that angle, or both the rolling angle and the pitching angle are detected, and the azimuth error is detected at both angles. However, even when both the rolling angle and the pitching angle are detected, the azimuth error may be corrected using only one of the angles.
For example, the azimuth error may be corrected using only the larger one of the rolling angle and the pitching angle. As a result, the amount of calculation required for processing can be reduced.
また、以上に示した例では検出したローリング角および/またはピッチング角で方位誤差を補正するようにしたが、ローリング角とピッチング角が所定のしきい値以内である場合は方位誤差の補正をせず、ローリング角とピッチング角が所定のしきい値より大きいときだけ方位誤差の補正を行うように構成してもよい。すなわち、上記方位誤差が問題にはならない程度にローリング角とピッチング角が小さい場合(例えば3°以内である場合)、方位誤差の補正を行わない。
ことによって、船体の動揺の少ないときの演算処理量が削減でき、前記関数の演算を行う演算処理部はその分、他の処理を行うことができる。そのため、この船舶用レーダを用いる機器の総合的なパフォーマンスが向上する。
In the above example, the azimuth error is corrected by the detected rolling angle and / or pitching angle. However, if the rolling angle and the pitching angle are within a predetermined threshold, the azimuth error is corrected. Instead, the azimuth error may be corrected only when the rolling angle and the pitching angle are larger than a predetermined threshold. That is, when the rolling angle and the pitching angle are so small that the azimuth error does not become a problem (for example, within 3 °), the azimuth error is not corrected.
As a result, the amount of calculation processing when the hull is little shaken can be reduced, and the calculation processing unit that calculates the function can perform other processing accordingly. Therefore, the overall performance of the equipment using this marine radar is improved.
1−レーダアンテナ
100〜102−船舶用レーダ
1-Radar antenna 100-102-Marine radar
Claims (5)
水平面に対する前記船体基準面の姿勢角を検出する船体姿勢角検知手段と、
前記船体基準面内での前記ビームの指向方向であるアンテナ方位角と前記姿勢角とに基づいて前記アンテナ方位角を水平面に投影した角度を補正アンテナ方位角として求める補正アンテナ方位角検知手段と、を設けた船舶用レーダ。 A radar that uses an antenna whose beam directs in a hull reference plane that is parallel to the fore-and-aft direction, which is the direction of travel of the hull, and that rotates in a fixed cycle. A transmission / reception unit that repeatedly transmits and receives a reception signal that is a reflected wave from the target of the pulsed radio wave by the antenna, and a distance detection unit that detects a distance to the target by the reception signal. In marine radar,
Hull attitude angle detection means for detecting an attitude angle of the hull reference plane with respect to a horizontal plane;
Correction antenna azimuth angle detecting means for obtaining an angle obtained by projecting the antenna azimuth angle on a horizontal plane based on the antenna azimuth angle and the attitude angle which is the beam directing direction in the hull reference plane as a correction antenna azimuth angle; Marine radar equipped with.
前記補正アンテナ方位角と前記受信信号とに基づいて前記水平面内での前記物標の映像を表示するための映像データを生成する映像データ生成手段と、
前記物標追尾手段により追尾されている物標の位置を表すマークの表示データを生成するマーク表示データ生成手段と、
前記映像データと前記マークの表示データとを表示する表示手段とを備えた請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の船舶用レーダ。 Based on the corrected antenna azimuth detected by the corrected antenna azimuth detecting means and the distance to the target detected by the distance detecting means, the two-dimensional positions of the plurality of targets in the horizontal plane are repeatedly detected. And target tracking means for tracking the positions of those targets,
Video data generating means for generating video data for displaying the video of the target in the horizontal plane based on the corrected antenna azimuth and the received signal;
Mark display data generating means for generating display data of a mark representing the position of the target being tracked by the target tracking means;
The marine radar according to any one of claims 1 to 4, further comprising display means for displaying the video data and display data of the mark.
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