JP3608198B2

JP3608198B2 - Marine exploration radar

Info

Publication number: JP3608198B2
Application number: JP2001331358A
Authority: JP
Inventors: 康伸大森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003130951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、海上の物体及び海洋の状態を遠隔監視する海域探査レーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海域探査レーダは、海洋レーダを応用したものである。海洋レーダについての解説は、郵政省通信総合研究所季報Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５，ｐｐ．３８３〜３９１「海洋レーダのデータ処理」（梅原、他）と、オーム社「地球観測計測」（岡本編著）、１９９９年第１版、ｐｐ．２７４〜２８４に記述されている。
本発明は、ＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ：周波数変調連続波）を用いる海洋レーダの受信方式に関するものである。海洋レーダにはＦＭＩＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）方式を採用する海洋レーダも多くあるが、これはＦＭＣＷ方式の一種であり、この発明においてはどちらの方式を用いて速度を推定してもよく、本質的に違いはない。ここでは、同様に扱い総称としてＦＭＣＷとして扱う。
【０００３】
図７は、一般的な海流のドップラースペクトルを表す図である。
図７において、１は負の海流速のスペクトル、２は正の海流速のスペクトルである。Ｖｄは海流速度、Ｖ０は後述する式（１）で与えられる速度である。Ｖｘは海上物の速度である。
図８は、一般的な海流と海上物のドップラースペクトルを表す図である。
図９は、一般的な海上物のドップラースペクトルが海流ドップラースペクトルに近接する状態を表す図である。
図８、９において、１、２、Ｖｄ、Ｖｏ、Ｖｘは図７におけるものと同じものである。３は海上物の速度のスペクトルである。
【０００４】
海洋レーダは、水平方向に電波を照射して、ＦＭＣＷレーダ方式で、海表面のドップラー速度の水平分布を推定する。ビーム方向の海流速度がＶｄである場合、海流からの反射エコーは、図７に示されるように負の速度−Ｖ０＋Ｖｄのスペクトル１と、正の速度＋Ｖ０＋Ｖｄのスペクトル２を持つ速度スペクトルが得られる。Ｖ０は式（１）より与えられる。
Ｖ０＝０．５√（Ｃ・ｇ／π・ｆ０）・・・（１）
ここで、ｆ０は、海洋レーダの送信波の周波数、ｇは重力加速度、Ｃは光速、πは円周率であり、この式（１）に基づいて速度Ｖ０は、送信周波数ｆ０によって一意に決まる。そして、海洋レーダのエコースペクトルには、海流の速度成分として−Ｖ０＋ＶｄとＶ０＋Ｖｄにスペクトルが現れる。
【０００５】
海洋レーダでは、観測域内の海洋上に存在する物体の速度も検出する。その物体とは、例えば、船舶、洋上のブイ、陸地（例：島）などが挙げられる。海洋レーダは、こうした海洋上の物体（以下では海上物と記述する。）も検出することがあり、そのビーム方向の速度成分がＶｘである場合、図８に示されるようにＶｘの速度を持った海上物の速度のスペクトル３が海流速スペクトル１、２に重なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８のように、海上物の速度のスペクトル３が海流速スペクトル１、２と十分離れていれば、別の速度をもった物体であるという認識が容易にできる。すなわち、海洋レーダで海流速だけでなく、海上物の存在とその速度を検出することが容易である。
海上物を検出する時に、状況によって、図９のように海上物の速度が、海流の速度に近接して、海上物の速度のスペクトル３と海流速のスペクトル１、２が重なり合ったり近接することがある。例えば、２３ＭＨｚの場合には、Ｖ０は約３ｍ／ｓになり、このＶ０に近い速度の船舶の速度スペクトルは重なり合う。このような場合には、それぞれのスペクトルを弁別するのが困難であり、海上物の検出が困難であった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、２系統で異なる送信周波数を用いる海洋レーダによって抽出された速度スペクトルデータを合成することによって、海流と海上物の速度スペクトルが重なり合う悪影響を取り除き、海流と海上物それぞれの正しい速度を推定することができる海域探査レーダを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる海域探査レーダにおいては、第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、第一の速度データ及び第二の速度データを用いて海上物の速度を検出する速度分析器、第一の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第三の速度データを得る第一の簡易速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第四の速度データを得る第二の簡易速度検出器、第三の速度データ及び第四の速度データ並びに速度分析器の出力を用いて海流速を検出する海流速分析器を備えたものである。
【０００９】
また、第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、第一の速度データ及び第二の速度データを用いて海上物の速度を検出する速度分析器を備え、第一の速度検出器及び第二の速度検出器は、同一の速度検出器を時分割で用いたものである。
【００１０】
また、第一の海洋レーダ及び第二の海洋レーダは、同一の海洋レーダを時分割で用いたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による海域探査レーダを示すブロック図である。
図１において、４は海洋レーダで、送信周波数の異なる２系統が設けられ、海洋レーダ４Ａ（第一の海洋レーダ）は、第一の周波数の電波を送信し、海洋レーダ４Ｂ（第二の海洋レーダ）は、第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を送信する。５は海洋レーダ４から出力される速度スペクトルデータで、５Ａ（第一の速度スペクトルデータ）、５Ｂ（第二の速度スペクトルデータ）は各々４Ａ、４Ｂに対応する。６は速度スペクトルデータ５をもとにピーク検出などを行って速度を検出する速度検出器で、６Ａ（第一の速度検出器）、６Ｂ（第二の速度検出器）は５Ａ、５Ｂに対応する。７は速度検出器６によって検出された速度データで、７Ａ（第一の速度データ）、７Ｂ（第二の速度データ）は６Ａ、６Ｂに対応している。８は速度データ７Ａ、７Ｂをもとに分析を行う速度分析器、９は速度分析器８による速度分析結果である。
【００１２】
海洋レーダ４は、次のように構成される。
４１はアンテナで、４１Ａ、４１Ｂは４Ａ、４Ｂに対応する。４２はアンテナ４１に接続され、電波を送受信する送受信機で、４２Ａ、４２Ｂは４Ａ、４Ｂに対応する。４３は送受信機４２で受信された信号を解析し、ビーム方向とレンジビン毎に速度スペクトルデータ５を出力する信号処理装置で、４３Ａ、４３Ｂは４Ａ、４Ｂに対応する。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１による海域探査レーダを説明するための２系統の海洋レーダの海流と海上物の速度スペクトルを表す図である。
図２において、３は海上物の速度のスペクトル、１０Ａは海洋レーダ４Ａによって受信される負の海流速スペクトルＡ、１０Ｂは海洋レーダ４Ｂによって受信される負の海流速スペクトルＢ、１１Ａは海洋レーダ４Ａによって受信される正の海流速スペクトルＡ、１１Ｂは海洋レーダ４Ｂによって受信される正の海流速スペクトルＢである。
図３は、この発明の実施の形態１による海域探査レーダの処理手順を解説する図であり、図３（ａ）、図３（ｂ−Ａ）、図３（ｂ−Ｂ）、図３（ｃ−Ａ）、図３（ｃ−Ｂ）、図３（ｄ）は、スペクトルを処理して海上物の速度検出する様子を示している。
図３において、３は海上物の速度のスペクトル、１２Ａは海洋レーダ４Ａによって受信される海流速スペクトル、１２Ｂは海洋レーダ４Ｂによって受信される海流速スペクトルである。１３は海上物の速度である。
【００１４】
次に、動作について説明する。
海洋レーダ４の２系統が異なる送信周波数を用いる場合には、式（１）に従って、海流速のスペクトルの現れる位置が異なる。海洋レーダ４Ａ、４Ｂでは、同じ地点を観測しても、図２のように、それぞれスペクトルＡ（１０Ａ、１１Ａ）とスペクトルＢ（１０Ｂ、１１Ｂ）のように異なる速度にスペクトルのピークが現れる。
例えば、海洋レーダ４ＡのＡ系統と４ＢのＢ系統がそれぞれ１６ＭＨｚと２５ＭＨｚを送信する場合、式（１）の結果から、スペクトルＡのＶ０は、約４ｍ／ｓになり、スペクトルＢのＶ０は約３ｍ／ｓになる。
図２において、海上物の速度のスペクトル３が現れた場合には、Ａ系統の海流速のスペクトル１１Ａに近接して、その両者のスペクトルを区別するのが困難になる。一般に海洋レーダでは、この例のような場合、負側の海流速のスペクトル１０Ａでも、海流速を推定可能であるが、海況によっては、負側の海流速のスペクトル１０Ａが、正側の海流速のスペクトル１１Ａに比べて弱く、負側の海流速のスペクトル１０Ａでは速度推定が不可能な場合がある。
【００１５】
本発明のレーダにおいては、このような場合においても、Ｂ系統の海流速のスペクトル１０Ｂ、１１Ｂは、海上物の速度のスペクトル３から離れており、それぞれのスペクトルの区別は可能である。
まず、図２に示すように、海流速のスペクトル１０Ａ、１１Ａの付近に検索領域Ａ−とＡ＋を設定し、海流速のスペクトル１０Ｂ、１１Ｂの付近に検索領域Ｂ−とＢ＋を設定し、残る領域をＣとする。
【００１６】
海上物の速度推定の手順は、次の通りである。
（手順１）速度検出器６Ａは、速度スペクトルデータ５Ａを入力として、検索領域Ｂ−、Ｂ＋、Ｃそれぞれでピーク検出などの手法を用いて速度検出を行う。この検出結果を、速度データ７Ａとして出力する。
（手順２）速度検出器６Ｂは、速度スペクトルデータ５Ｂを入力として、検索領域Ａ−、Ａ＋、Ｃそれぞれでピーク検出などの手法を用いて速度検出を行う。この検出結果を、速度データ７Ｂとして出力する。
（手順３）速度分析器８は、速度データ７Ａ、７Ｂを入力として、領域Ａ−、Ａ＋、Ｂ−、Ｂ＋、Ｃから全ての速度検出結果を合わせて、速度分析結果９として出力する。ただし、速度データ７Ａと７Ｂでは、領域Ｃが重複しているので、両領域で同じ速度もしくは近似した速度が検出された場合には、同一のものとしてそのどちらか片方の速度だけを選択して出力する。
Ａ系統では領域Ａ−内とＡ＋内において、また、Ｂ系統では領域Ｂ−内とＢ＋内において、速度検出を行っていないが、速度分析器８がこの領域を補完するように合成しているので、全ての観測速度領域内において、海流速のスペクトルを誤検出することなく、海上物の速度の検出は可能になる。
【００１７】
データ処理の具体例を図３に示す。図３（ａ）の通り、Ａ系統の海洋レーダ４Ａによって受信される海流速スペクトル１２Ａ、Ｂ系統の海洋レーダ４Ｂによって受信される海流速スペクトル１２Ｂがある。この例では、海上物の速度のスペクトル３が海流速スペクトル１２Ａに近接している。
Ａ系統の海洋レーダ４Ａによって受信された海流速スペクトル１２Ａは、図３（ｂ−Ａ）のようになり、Ｂ系統の海洋レーダ４Ｂによって受信された海流速スペクトル１２Ｂは、図３（ｂ−Ｂ）のようになる。Ａ系統の速度検出器６Ａでは領域Ｂ−とＢ＋とＣの中において、Ｂ系統の速度検出器６Ｂでは領域Ａ−とＡ＋とＣの中において、速度検出を行うので、両系統の海流速とその近傍のスペクトルは無視され（図３（ｃーＡ、ｃ−Ｂ））、速度検出器６Ａはピークを検出せず、速度検出器６Ｂは海上物の速度のスペクトル３のピークを検出し、海上物の速度１３を速度データ７Ｂとして出力する。速度データ７Ａ、７Ｂを速度分析器８が合成した結果、図３（ｄ）のとおり、海上物の速度１３を含む速度分析結果９が出力される。結果として、海流の速度は検出されず、海上物の速度１３のみが得られている。このようにして、海上物の検出が可能になる。
【００１８】
なお、図１のシステムにおいて、アンテナ４１Ａ、４１Ｂ、送受信機４２Ａ、４２Ｂ、信号処理装置４３Ａ、４３Ｂ、速度検出器６Ａ、６Ｂを共通の機器として、時分割などの運用によって全部または一部を共有化することは可能であり、物理的な機器の構成に変化はあっても論理的にデータや信号の処理は同じであるが、ここでは詳細について説明は行わない。
【００１９】
実施の形態１によれば、送信周波数の異なる２つの海洋レーダから得られる速度スペクトルデータから、海流スペクトルのエコースペクトル及びその近傍を除去し、２つのデータで補完することにより、海流のスペクトルと間違えることなく、海上に存在する物体の検出と速度推定が可能になる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による海域探査レーダを示すブロック図である。
図４において、４〜６、９、４１〜４３は図１におけるものと同一のものである。速度検出器６は１系統のみ設けられている。１４は速度スペクトルデータ５Ａ、５Ｂを合成するスペクトル合成器、１５はスペクトル合成器１４によって合成された合成速度スペクトルデータである。
図５は、この発明の実施の形態１による海域探査レーダの処理手順を解説する図であり、図５（ａ）、図５（ｂ−Ａ)、図５（ｂ−Ｂ）、図５(ｃ−Ａ)、図５（ｃ−Ｂ）、図５（ｄ）、図５（ｅ）はスペクトルを処理して海上物の速度検出する様子を示す。
図５において、３、１２Ａ、１２Ｂ、１３は図３におけるものと同一のものである。
【００２１】
次に、動作について説明する。
実施の形態２は、実施の形態１と同様にアンテナ４１Ａ、送受信機４２Ａ、信号処理装置４３Ａで構成される海洋レーダ４Ａと、アンテナ４１Ｂ、送受信機４２Ｂ、信号処理装置４３Ｂで構成される海洋レーダ４Ｂの２系統を備えており、速度スペクトルデータ５Ａ、５Ｂをそれぞれ出力する。
次に、スペクトル合成器１４では、速度スペクトルデータ５Ａ、５Ｂを入力として合成結果を合成速度スペクトルデータ１５として出力する。速度検出器６は、合成速度スペクトルデータ１５を入力し、ピーク検出などの方法によって速度検出を行い、速度分析結果９を出力する。
【００２２】
図５にデータ処理の例を示す。
実施の形態１と同様に、図５（ｂ−Ａ、ｂ−Ｂ）のように速度スペクトルデータ５Ａ、５Ｂが出力される。図４のスペクトル合成器１４は、速度スペクトルデータ５Ａからは、領域Ｂ−、Ｂ＋、Ｃを選択して、速度スペクトルデータ５Ｂからは、領域Ａ−、Ａ＋、Ｃを選択して、それぞれ欠損する領域を補完させ、図５（ｄ）のような合成速度スペクトルデータ１５を出力する。
図４の速度検出器６は、合成速度スペクトルデータ１５を入力として、スペクトルのピーク検出を行い、図５（ｅ）のような速度推定結果を持つ速度分析結果９を出力する。
【００２３】
実施の形態２によれば、速度スペクトルデータの段階で海流速のスペクトルを除去し、速度検出器６を用いることで、海流の速度は検出されずに、海上物の速度１３のみが得られ、海上物の検出が可能になる効果がある。
【００２４】
実施の形態３．
実施の形態１は、海流速のスペクトルのまぎれこむ可能性のある領域の速度データを除去して、その結果として所望の海上物の速度を速度分析結果として出力するものであったが、速度データから、海上物の速度を除去し、残る海流側を検出することも可能である。
図６は、この発明の実施の形態３による海域探査レーダを示すブロック図である。
図６において、４〜９は図１におけるものと同一のものである。１６は速度スペクトルデータ５から海流及び海上物の速度を含む速度データを検出する簡易速度検出器で、１６Ａ（第一の簡易速度検出器）、１６Ｂ（第二の簡易速度検出器）は５Ａ、５Ｂに対応する。１７は簡易速度検出器１６によって検出された速度データで、１７Ａ（第三の速度データ）、１７Ｂ（第四の速度データ）は１６Ａ、１６Ｂに対応する。１８は速度データ１７Ａ、１７Ｂ及び速度分析結果９をもとにして、海流速を分析する海流速分析器、１９は海流速分析器１８によって分析された海流速分析結果である。
【００２５】
次に、動作について説明する。
図６に示される海域探査レーダは、速度スペクトルデータ５Ａ、５Ｂから速度データ１７Ａ、１７Ｂを出力する簡易速度検出器１６Ａ、１６Ｂを有し、海流速分析器１８が速度データ１７Ａ、１７Ｂと速度分析結果９を入力とし、海流速分析結果１９を出力する点で、図１とは異なるが、図１と同じ部分においては同じ動作をする。
簡易速度検出器１６は、速度検出器６と同様の動作をするが、速度スペクトルデータ５から検索領域を設けることなく速度の推定を行う。その結果、出力される速度データ１７には、海上物だけではなく、海流の速度推定結果も含まれる。
海流速分析器１８は、速度分析結果９からの海上物の速度を入力し、２つの速度データ１７Ａ、１７Ｂ中の海上物の速度に等しいか、もしくは近似する速度データを除外して、海流速を抽出する。ただし、図７に示されるとおり、抽出される海流速Ｖｘ１、Ｖｘ２はオフセットを持っている。実際の海流速Ｖｄは、Ｖｘ１とＶｘ２とは次式の関係があり、Ｖ０は式（１）で与えられるので、この式に基づいて換算できる。
Ｖｘ１＝−Ｖ０＋Ｖｄ・・・（２）
Ｖｘ２＝＋Ｖ０＋Ｖｄ・・・（３）
このように、速度データから海上物の速度を除去することにより、弁別して所望の海流速が推定可能になる。
【００２６】
実施の形態３によれば、海上に存在する物体の速度を参照して、速度データから海流の速度を弁別し、所望の海流速が推定可能になるという効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、第一の速度データ及び第二の速度データを用いて海上物の速度を検出する速度分析器、第一の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第三の速度データを得る第一の簡易速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第四の速度データを得る第二の簡易速度検出器、第三の速度データ及び第四の速度データ並びに速度分析器の出力を用いて海流速を検出する海流速分析器を備えたので、２つの速度データで補完することにより、海流速のスペクトルと間違えることなく、海上物の速度推定が可能になると共に、海上物の速度を参照して、海流速が推定可能になる。
【００２８】
また、第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、第一の速度データ及び第二の速度データを用いて海上物の速度を検出する速度分析器を備え、第一の速度検出器及び第二の速度検出器は、同一の速度検出器を時分割で用いたので、２つの速度データで補完することにより、海流速のスペクトルと間違えることなく、海上物の速度推定が可能になると共に、物理的な機器の構成を簡単にすることができる。
【００２９】
また、第一の海洋レーダ及び第二の海洋レーダは、同一の海洋レーダを時分割で用いたので、物理的な機器の構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による海域探査レーダを示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による海域探査レーダを説明するための２系統の海洋レーダの海流と海上物の速度スペクトルを表す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による海域探査レーダの処理手順を解説する図である。
【図４】この発明の実施の形態２による海域探査レーダを示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２による海域探査レーダの処理手順を解説する図である。
【図６】この発明の実施の形態３による海域探査レーダを示すブロック図である。
【図７】一般的な海流のドップラースペクトルを表す図である。
【図８】一般的な海流と海上物のドップラースペクトルを表す図である。
【図９】一般的な海上物のドップラースペクトルが海流ドップラースペクトルに近接する状態を表す図である。
【符号の説明】
３海上物の速度のスペクトル、４海洋レーダ、
５速度スペクトルデータ、６速度検出器、７速度データ、
８速度分析器、９速度分析結果、
１０Ａ負の海流速スペクトルＡ、１０Ｂ負の海流速スペクトルＢ、
１１Ａ正の海流速スペクトルＡ、１１Ｂ正の海流速スペクトルＢ、
１２Ａ，１２Ｂ海流速スペクトル、１３海上物の速度、
１４スペクトル合成器、１５合成速度スペクトルデータ、
１６簡易速度検出器、１７速度データ、１８海流速分析器、
１９海流速分析結果、４１アンテナ、４２送受信機、
４３信号処理装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a marine exploration radar that remotely monitors an object on the sea and the state of the ocean.
[0002]
[Prior art]
Marine exploration radar is an application of marine radar. For a description of marine radar, see the Ministry of Posts and Telecommunications Communications Research Institute quarterly report Vol. 37, no. 5, pp. 383-391 “Data Processing of Ocean Radar” (Umehara, et al.), Ohm Corporation “Earth Observation Measurement” (written by Okamoto), 1999 1st edition, pp. 11-27. 274-284.
The present invention relates to a marine radar reception method using FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave). There are many marine radars that employ FMICW (Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) method, but this is a kind of FMCW method, and in this invention, either method may be used to estimate the speed. There is essentially no difference. Here, it handles similarly and treats it as FMCW as a general term.
[0003]
FIG. 7 is a diagram showing a general Doppler spectrum of ocean currents.
In FIG. 7, 1 is a spectrum of a negative sea current velocity, and 2 is a spectrum of a positive sea current velocity. Vd is the ocean current velocity, and V0 is the velocity given by equation (1) described later. Vx is the speed of the sea thing.
FIG. 8 is a diagram showing a general ocean current and a Doppler spectrum of an oversea object.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a general Doppler spectrum of a marine product is close to a current Doppler spectrum.
In FIGS. 8 and 9, 1, 2, Vd, Vo, and Vx are the same as those in FIG. 3 is a spectrum of the speed of a sea thing.
[0004]
The marine radar irradiates radio waves in the horizontal direction and estimates the horizontal distribution of the Doppler velocity on the sea surface by the FMCW radar method. When the ocean current velocity in the beam direction is Vd, the reflected echo from the ocean current has a velocity spectrum having a spectrum 1 of negative velocity −V0 + Vd and a spectrum 2 of positive velocity + V0 + Vd as shown in FIG. V0 is given by equation (1).
V0 = 0.5√ (C · g / π · f0) (1)
Here, f0 is the frequency of the transmission wave of the marine radar, g is the gravitational acceleration, C is the speed of light, and π is the circumference, and the speed V0 is uniquely determined by the transmission frequency f0 based on this equation (1). . In the echo spectrum of the ocean radar, spectra appear as −V0 + Vd and V0 + Vd as velocity components of the ocean current.
[0005]
Ocean radar also detects the speed of objects that exist on the ocean in the observation area. Examples of such objects include ships, offshore buoys, land (eg, islands), and the like. The marine radar may also detect such marine objects (hereinafter referred to as marine objects). When the velocity component in the beam direction is Vx, the marine radar has a velocity of Vx as shown in FIG. In addition, the spectrum 3 of the speed of the offshore objects overlaps the ocean current velocity spectra 1 and 2.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 8, if the spectrum 3 of the velocity of the sea thing is sufficiently separated from the ocean velocity spectra 1 and 2, it can be easily recognized that the object has another velocity. That is, it is easy to detect not only the ocean current velocity but also the existence and the speed of the marine objects with the ocean radar.
When detecting offshore objects, depending on the situation, the speed of the offshore objects is close to the speed of the ocean current, and the spectrum 3 of the offshore object velocity and the spectra 1 and 2 of the ocean current velocity may overlap or be close to each other. There is. For example, in the case of 23 MHz, V0 is about 3 m / s, and the velocity spectra of ships having a velocity close to V0 overlap. In such a case, it was difficult to discriminate each spectrum, and it was difficult to detect marine objects.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By synthesizing velocity spectrum data extracted by an ocean radar using two different transmission frequencies in two systems, the velocity spectrum of ocean currents and offshore objects is obtained. The purpose of this study is to obtain an ocean exploration radar that can estimate the correct speed of each ocean current and offshore object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the marine exploration radar according to the present invention, a first marine radar configured to obtain a first velocity spectrum data by transmitting a radio wave of a first frequency to a marine object, a second different from the first frequency The second marine radar configured to obtain the second velocity spectrum data by transmitting radio waves of the frequency of the first to the ocean object, detecting the velocity by removing the component near the sea velocity from the first velocity spectrum data The first speed detector that obtains the speed data, the second speed detector that obtains the second speed data by detecting the speed near the sea current from the second speed spectrum data, the first speed data And a speed analyzer for detecting the speed of the sea object using the second speed data, and a first speed data for detecting the speed including the sea current velocity and the speed of the sea object from the first speed spectrum data to obtain the third speed data. Simple Degree detector, second simple speed detector, third speed data, and fourth speed data to obtain the fourth speed data by detecting the speed including the sea current velocity and the speed of the sea thing from the second speed spectrum data And an ocean current velocity analyzer for detecting the ocean velocity using the output of the velocity analyzer .
[0009]
Also, a first marine radar configured to obtain first velocity spectrum data by transmitting radio waves of a first frequency to a marine object, and radio waves of a second frequency different from the first frequency to a marine object. A second marine radar configured to transmit and obtain second velocity spectrum data; a first velocity data obtained by performing velocity detection by removing components near the sea current velocity from the first velocity spectrum data; Using the second speed detector, the first speed data, and the second speed data to obtain the second speed data by detecting the speed near the sea current velocity from the speed detector, the second speed spectrum data The first speed detector and the second speed detector use the same speed detector in a time-sharing manner .
[0010]
The first marine radar and second marine radar, Ru der those used in time division the same marine radar.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a marine survey radar according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 4 denotes an ocean radar, which is provided with two systems having different transmission frequencies. An ocean radar 4A (first ocean radar) transmits radio waves of a first frequency, and an ocean radar 4B (second ocean radar). The radar transmits a radio wave having a second frequency different from the first frequency. Reference numeral 5 denotes velocity spectrum data output from the marine radar 4, and 5A (first velocity spectrum data) and 5B (second velocity spectrum data) correspond to 4A and 4B, respectively. 6 is a speed detector that detects the speed by performing peak detection based on the speed spectrum data 5, and 6A (first speed detector) and 6B (second speed detector) correspond to 5A and 5B. To do. Reference numeral 7 denotes speed data detected by the speed detector 6, and 7A (first speed data) and 7B (second speed data) correspond to 6A and 6B. 8 is a speed analyzer that performs analysis based on the speed data 7A and 7B, and 9 is a speed analysis result by the speed analyzer 8.
[0012]
The marine radar 4 is configured as follows.
Reference numeral 41 denotes an antenna, and 41A and 41B correspond to 4A and 4B. A transceiver 42 is connected to the antenna 41 and transmits and receives radio waves. 42A and 42B correspond to 4A and 4B. 43 is a signal processing device that analyzes the signal received by the transceiver 42 and outputs the velocity spectrum data 5 for each beam direction and range bin. 43A and 43B correspond to 4A and 4B.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing the ocean currents of two systems of marine radar and the velocity spectrum of offshore objects for explaining the marine survey radar according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, 3 is a spectrum of the velocity of an oceanic object, 10A is a negative ocean velocity spectrum A received by the ocean radar 4A, 10B is a negative ocean velocity spectrum B received by the ocean radar 4B, and 11A is an ocean radar 4A. The positive sea-velocity spectrum A, 11B received by is the positive sea-velocity spectrum B received by the marine radar 4B.
FIG. 3 is a diagram for explaining the processing procedure of the ocean exploration radar according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 (a), FIG. 3 (b-A), FIG. 3 (b-B), FIG. (c-A), FIG. 3 (c-B), and FIG. 3 (d) show how the spectrum is processed to detect the speed of the offshore objects.
In FIG. 3, reference numeral 3 denotes a spectrum of the speed of an oceanic object, 12A denotes an ocean velocity spectrum received by the ocean radar 4A, and 12B denotes an ocean velocity spectrum received by the ocean radar 4B. 13 is the speed of the sea thing.
[0014]
Next, the operation will be described.
When the two systems of the marine radar 4 use different transmission frequencies, the position where the spectrum of the sea current velocity appears differs according to the equation (1). In ocean radars 4A and 4B, even if the same point is observed, spectrum peaks appear at different velocities such as spectrum A (10A and 11A) and spectrum B (10B and 11B) as shown in FIG.
For example, when the A system of the marine radar 4A and the B system of 4B transmit 16 MHz and 25 MHz, respectively, from the result of the equation (1), V0 of the spectrum A is about 4 m / s, and V0 of the spectrum B is about 3 m / s.
In FIG. 2, when the spectrum 3 of the speed of the sea thing appears, it becomes close to the spectrum 11A of the sea current velocity of the A system and it becomes difficult to distinguish the two spectra. In general, in the case of an ocean radar, in this case, the ocean current velocity can be estimated even with the negative-side ocean flow velocity spectrum 10A. However, depending on the ocean condition, the negative-side ocean velocity spectrum 10A may be the positive-side ocean velocity. It is weaker than the spectrum 11A, and in some cases, it is impossible to estimate the speed with the spectrum 10A of the negative sea flow velocity.
[0015]
In the radar according to the present invention, even in such a case, the spectrum 10B and 11B of the sea current velocity of the B system are separated from the spectrum 3 of the speed of the sea thing, and the respective spectra can be distinguished.
First, as shown in FIG. 2, search areas A− and A + are set in the vicinity of the ocean current spectra 10A and 11A, and search areas B− and B + are set in the vicinity of the ocean current spectra 10B and 11B, and remain. Let C be the region.
[0016]
The procedure for estimating the speed of offshore goods is as follows.
(Procedure 1) The velocity detector 6A receives velocity spectrum data 5A as input and performs velocity detection using a technique such as peak detection in each of the search regions B−, B +, and C. The detection result is output as speed data 7A.
(Procedure 2) The speed detector 6B receives the speed spectrum data 5B and performs speed detection using a technique such as peak detection in each of the search areas A−, A +, and C. This detection result is output as speed data 7B.
(Procedure 3) The speed analyzer 8 inputs the speed data 7A and 7B, and combines all speed detection results from the areas A−, A +, B−, B +, and C, and outputs the result as a speed analysis result 9. However, since the area C overlaps in the speed data 7A and 7B, when the same speed or an approximate speed is detected in both areas, only one of them is selected as the same speed. Output.
In the A system, speed detection is not performed in the areas A− and A +, and in the B system in the areas B− and B +, but the speed analyzer 8 performs synthesis so as to complement this area. Therefore, it is possible to detect the speed of offshore objects in all observation speed regions without erroneously detecting the sea current velocity spectrum.
[0017]
A specific example of data processing is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, there is an ocean current velocity spectrum 12A received by the A-system ocean radar 4A and an ocean velocity spectrum 12B received by the B-system ocean radar 4B. In this example, the spectrum 3 of the speed of the sea thing is close to the sea flow velocity spectrum 12A.
The ocean velocity spectrum 12A received by the A-system ocean radar 4A is as shown in FIG. 3 (b-A), and the ocean velocity spectrum 12B received by the B-system ocean radar 4B is as shown in FIG. )become that way. The speed detector 6A for the A system detects the speed in the areas B-, B + and C, and the speed detector 6B for the B system detects the speed in the areas A-, A + and C. The spectrum in the vicinity thereof is ignored (FIG. 3 (cA, cB)), the speed detector 6A does not detect the peak, the speed detector 6B detects the peak of the spectrum 3 of the speed of the sea object, The speed 13 of the sea thing is output as speed data 7B. As a result of the speed analyzer 8 synthesizing the speed data 7A and 7B, a speed analysis result 9 including the speed 13 of the marine product is output as shown in FIG. As a result, the speed of the ocean current is not detected, and only the speed 13 of the sea thing is obtained. In this way, it is possible to detect marine objects.
[0018]
In the system shown in FIG. 1, the antennas 41A and 41B, the transceivers 42A and 42B, the signal processing devices 43A and 43B, and the speed detectors 6A and 6B are used as a common device, and all or part of them are shared by operation such as time division. Although the processing of data and signals is logically the same even if the configuration of the physical device is changed, details are not described here.
[0019]
According to the first embodiment, the echo spectrum of the ocean current spectrum and its vicinity are removed from the velocity spectrum data obtained from two ocean radars having different transmission frequencies, and are supplemented with the two data, thereby making a mistake with the ocean current spectrum. It is possible to detect an object existing on the sea and estimate the speed.
[0020]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a marine survey radar according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 4, 4-6, 9, 41-43 are the same as in FIG. Only one speed detector 6 is provided. 14 is a spectrum synthesizer that synthesizes the velocity spectrum data 5A and 5B, and 15 is synthesized velocity spectrum data synthesized by the spectrum synthesizer 14.
FIG. 5 is a diagram for explaining the processing procedure of the ocean exploration radar according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 (a), FIG. 5 (b-A), FIG. 5 (b-B), FIG. (c-A), FIG. 5 (c-B), FIG. 5 (d), and FIG. 5 (e) show how the spectrum is processed to detect the speed of an offshore object.
5, 3, 12A, 12B, and 13 are the same as those in FIG.
[0021]
Next, the operation will be described.
In the second embodiment, as in the first embodiment, the marine radar 4A including the antenna 41A, the transceiver 42A, and the signal processing device 43A, and the marine radar including the antenna 41B, the transceiver 42B, and the signal processing device 43B. Two systems 4B are provided, and velocity spectrum data 5A and 5B are output, respectively.
Next, the spectrum synthesizer 14 receives the velocity spectrum data 5 </ b> A and 5 </ b> B and outputs a synthesis result as synthesized velocity spectrum data 15. The speed detector 6 receives the combined speed spectrum data 15, performs speed detection by a method such as peak detection, and outputs a speed analysis result 9.
[0022]
FIG. 5 shows an example of data processing.
Similar to the first embodiment, velocity spectrum data 5A and 5B are output as shown in FIG. 5 (b-A, b-B). The spectrum synthesizer 14 shown in FIG. 4 selects the regions B−, B +, and C from the velocity spectrum data 5A, and selects the regions A−, A +, and C from the velocity spectrum data 5B, and respectively lacks them. The region is complemented, and the synthesized velocity spectrum data 15 as shown in FIG.
The velocity detector 6 in FIG. 4 receives the synthesized velocity spectrum data 15 as input, performs spectrum peak detection, and outputs a velocity analysis result 9 having a velocity estimation result as shown in FIG.
[0023]
According to the second embodiment, the ocean current velocity spectrum is removed at the velocity spectrum data stage, and the velocity detector 6 is used, so that only the ocean current velocity 13 is obtained without detecting the ocean current velocity. This has the effect of enabling detection of marine objects.
[0024]
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, velocity data in a region where there is a possibility that the spectrum of the ocean current velocity may be lost is removed, and as a result, the velocity of a desired offshore object is output as a velocity analysis result. It is also possible to remove the speed of offshore objects and detect the remaining ocean current side.
FIG. 6 is a block diagram showing a marine survey radar according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 6, 4 to 9 are the same as those in FIG. Reference numeral 16 denotes a simple speed detector for detecting speed data including the speed of the ocean current and offshore objects from the speed spectrum data 5, and 16A (first simple speed detector) and 16B (second simple speed detector) are 5A, Corresponds to 5B. Reference numeral 17 denotes speed data detected by the simple speed detector 16, and 17A (third speed data) and 17B (fourth speed data) correspond to 16A and 16B. Reference numeral 18 denotes an ocean current velocity analyzer for analyzing the ocean current velocity based on the velocity data 17A and 17B and the velocity analysis result 9, and 19 denotes an ocean velocity analysis result analyzed by the ocean velocity analyzer 18.
[0025]
Next, the operation will be described.
6 has simple speed detectors 16A and 16B that output speed data 17A and 17B from the speed spectrum data 5A and 5B, and the sea current analyzer 18 analyzes the speed data 17A and 17B and speed analysis. Although it differs from FIG. 1 in that the result 9 is input and the sea current analysis result 19 is output, the same operation is performed in the same part as in FIG.
The simple speed detector 16 operates in the same manner as the speed detector 6, but estimates the speed from the speed spectrum data 5 without providing a search area. As a result, the output speed data 17 includes not only offshore objects but also current speed estimation results.
The ocean flow velocity analyzer 18 inputs the velocity of the sea object from the velocity analysis result 9 and excludes velocity data equal to or close to the velocity of the ocean object in the two velocity data 17A and 17B. To extract. However, as shown in FIG. 7, the extracted sea current velocities Vx1 and Vx2 have an offset. The actual sea flow velocity Vd has the following relationship between Vx1 and Vx2, and V0 is given by equation (1), and can be converted based on this equation.
Vx1 = −V0 + Vd (2)
Vx2 = + V0 + Vd (3)
In this manner, by removing the speed of the offshore object from the speed data, it becomes possible to discriminate and estimate a desired sea current velocity.
[0026]
According to the third embodiment, it is possible to discriminate the current velocity from the velocity data with reference to the velocity of the object existing on the sea and to estimate the desired ocean current velocity.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
A first marine radar configured to obtain first velocity spectrum data by transmitting radio waves of a first frequency to a marine object, and transmitting radio waves of a second frequency different from the first frequency to a marine object. The second ocean radar configured to obtain the second velocity spectrum data, the first velocity detection that obtains the first velocity data by detecting the velocity from the first velocity spectrum data by removing the component near the sea current velocity The second velocity detector, which detects the velocity from which the component near the sea current velocity is removed from the second velocity spectrum data and obtains the second velocity data, the first velocity data and the second velocity data at sea A velocity analyzer that detects the speed of an object, a first simple velocity detector that obtains a third velocity data by detecting the velocity including the ocean current velocity and the velocity of an ocean object from the first velocity spectrum data, the second velocity spectrum From the data Use the second simple speed detector to obtain the fourth speed data by detecting the speed including the current speed and the speed of the sea surface, the third speed data and the fourth speed data, and the output of the speed analyzer to determine the sea current speed. Since the ocean current velocity analyzer to detect is provided , by supplementing with two velocity data, it is possible to estimate the velocity of the sea object without making a mistake with the spectrum of the ocean velocity, and referring to the velocity of the ocean object, Sea velocity can be estimated.
[0028]
In addition, a first marine radar configured to transmit a first frequency radio wave to a marine object to obtain first velocity spectrum data, and a second frequency radio wave different from the first frequency to the marine object. A second marine radar configured to transmit and obtain second velocity spectrum data; a first velocity data obtained by performing velocity detection by removing components near the sea current velocity from the first velocity spectrum data; Using the second speed detector, the first speed data, and the second speed data to obtain the second speed data by detecting the speed near the sea current velocity from the speed detector, the second speed spectrum data The first speed detector and the second speed detector use the same speed detector in a time-sharing manner , and are supplemented with two speed data. By the ocean current spectrum Without mistake, it becomes possible to speed estimation marine product, it is possible to simplify the physical device configuration.
[0029]
The first marine radar and second marine radar, so used by time division the same marine radar, Ru can simplify the physical device configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a sea area exploration radar according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing ocean currents of two systems of ocean radars and velocity spectra of offshore objects for explaining the ocean exploration radar according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3 is a diagram for explaining the processing procedure of the sea area exploration radar according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a block diagram showing a marine survey radar according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a processing procedure of a sea area exploration radar according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a marine survey radar according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a Doppler spectrum of a general ocean current.
FIG. 8 is a diagram showing a general ocean current and a Doppler spectrum of an offshore object.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a general Doppler spectrum of a marine product is close to a current Doppler spectrum.
[Explanation of symbols]
3 Speed spectrum of marine objects, 4 ocean radar,
5 Speed spectrum data, 6 Speed detector, 7 Speed data,
8 Speed analyzer, 9 Speed analysis result,
10A Negative sea current spectrum A, 10B Negative sea current spectrum B,
11A Positive sea current spectrum A, 11B Positive sea current spectrum B,
12A, 12B Ocean current velocity spectrum, 13 Oceanic velocity,
14 spectrum synthesizer, 15 synthesis rate spectrum data,
16 Simple speed detector, 17 Speed data, 18 Sea current analyzer,
19 Sea flow analysis results, 41 antenna, 42 transceiver,
43 Signal processing device.

Claims

第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、上記第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を上記海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、上記第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、上記第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、上記第一の速度データ及び第二の速度データを用いて上記海上物の速度を検出する速度分析器、上記第一の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第三の速度データを得る第一の簡易速度検出器、第二の速度スペクトルデータから海流速及び海上物の速度を含む速度検出を行い第四の速度データを得る第二の簡易速度検出器、上記第三の速度データ及び第四の速度データ並びに速度分析器の出力を用いて海流速を検出する海流速分析器を備えたことを特徴とする海域探査レーダ。A first marine radar configured to obtain first velocity spectrum data by transmitting radio waves of a first frequency to a marine object; radio waves of a second frequency different from the first frequency to the marine object A second marine radar configured to transmit and obtain second velocity spectrum data; first to obtain first velocity data by performing velocity detection by removing components near the sea current velocity from the first velocity spectrum data; Speed detector, second speed detector that obtains second speed data by removing the component near the sea current velocity from the second speed spectrum data, the first speed data and the second speed A speed analyzer that detects the speed of the sea object using the data, a first simple speed detection that obtains the third speed data by detecting the speed including the sea current velocity and the speed of the sea object from the first speed spectrum data. Container The second simple velocity detector that obtains the fourth velocity data by detecting the velocity including the ocean current velocity and the velocity of offshore objects from the velocity spectrum data of the above, the third velocity data and the fourth velocity data and the velocity analyzer A marine exploration radar comprising an ocean current velocity analyzer that detects ocean current velocity using output .

第一の周波数の電波を海上物に送信して第一の速度スペクトルデータを得るよう構成された第一の海洋レーダ、上記第一の周波数とは異なる第二の周波数の電波を上記海上物に送信して第二の速度スペクトルデータを得るよう構成された第二の海洋レーダ、上記第一の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第一の速度データを得る第一の速度検出器、上記第二の速度スペクトルデータから海流速付近の成分を除去した速度検出を行い第二の速度データを得る第二の速度検出器、上記第一の速度データ及び第二の速度データを用いて上記海上物の速度を検出する速度分析器を備え、上記第一の速度検出器及び第二の速度検出器は、同一の速度検出器を時分割で用いたことを特徴とする海域探査レーダ。A first marine radar configured to obtain first velocity spectrum data by transmitting radio waves of a first frequency to a marine object; radio waves of a second frequency different from the first frequency to the marine object A second marine radar configured to transmit and obtain second velocity spectrum data; first to obtain first velocity data by performing velocity detection by removing components near the sea current velocity from the first velocity spectrum data; Speed detector, second speed detector for obtaining second speed data by detecting the speed near the sea current from the second speed spectrum data, the first speed data and the second speed It comprises a speed analyzer that detects the speed of the sea object using data, and the first speed detector and the second speed detector use the same speed detector in a time-sharing manner. Marine exploration radar.

第一の海洋レーダ及び第二の海洋レーダは、同一の海洋レーダを時分割で用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の海域探査レーダ。The marine survey radar according to claim 1 or 2, wherein the first marine radar and the second marine radar use the same marine radar in a time division manner.