JP5366187B2 - 電波による物体の検出装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、電波によって物体を検出する装置および方法に係り、特に宇宙由来の電波を物体が遮ることによって生じる影によって物体を検出しようとするものであって、レーダの反射波では検出できなかった物体を検出可能にするものである。

従来、電波を利用して物体を検出する装置としては、レーダが一般に用いられていた。レーダは、指向性を有する電波をアンテナから放射して、物体からの反射波をアンテナで受信して観測することによって、物体の方位と距離を計測するものである。
近年において、レーダ検出回避技術の進歩によって、レーダ電波の反射率が著しく小さい物体の製造が可能になり、従来のレーダでは検出できない航空機等の物体が実現している。

図４は、従来の電波による物体の検出装置を示したものである。図において、１１はレーダアンテナ、１２はレーダアンテナ１１からの放射電波、１３は検出対象の物体、１４は物体１３からの反射電波、１５は受信器、１６は表示器をそれぞれ示している。

レーダアンテナ１１は、放射電波１２を送出し、放射電波１２に応じて物体１３から送り返された反射電波を受けとる。受信器１５は、受信した反射電波を検波，増幅して受信信号を生成する。表示器１６は、受信器１５からの受信信号に応じて、所定の形式による表示を行う。

図４に示されたような、レーダ電波の反射を利用した物体の検出装置においては、次のような課題があった。
すなわち、被検出物体の電波反射率が著しく小さい場合は、反射波の強度が小さいため、物体の検出が不可能であった。

これに対して、特許文献１に開示された物体検出装置においては、送信手段を設けることなく、物体の有無，移動，移動方向，移動速度，形状，数量及びこれらについての時間情報を検出する。アンテナ装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System)人工衛星から送信されてくる電波を受信し得る機能を有し、物体によって、ＧＰＳ人工衛星から送信された電波の受信が遮断されたとき、検知信号を出力する。信号処理装置は、アンテナ装置から供給された検知信号により物体を検出する。

このように、特許文献１記載の技術によれば、ＧＰＳ衛星電波を利用するため、従来技術のように電波の送信手段を設けることなく、地上にある車両や航空機等の物体を検出することができる。
しかしながら、特許文献１記載の技術の場合は、地球に近いＧＰＳ衛星からの電波を利用するため、観測者 (観測点）からある程度以上の距離（数km以上）離れた物体の検出は困難である。
また、被検出物体とアンテナ装置とＧＰＳ衛星が一直線上に並んだ場合にしか物体を検出できない。

また、特許文献２においては、天体から放射される電磁波を受信し、スペクトルを抽出する抽出手段と、天体と人工惑星との相対速度が「０」の時に相当する基準スペクトルを発生する基準スペクトル発生手段と、天体からのスペクトルと基準スペクトル発生手段で発生した基準スペクトルを導入してドップラー変位の周波数を検出する周波数検出手段と、天体の方向を検出する方向検出手段と、ドップラー変位の周波数と上記の天体の方向とを用いて人工惑星の相対速度スペクトルを算出する手段とを備えた、人工惑星の速度スペクトル決定装置が開示されている。

このように、特許文献２記載の技術によれば、例えば、深宇宙探査用の人工惑星に搭載したスペクトル分光計の受信出力を利用して、人工惑星の速度スペクトルを決定して、軌道長半径，離心率等の軌道要素を導くことができる。
しかしながら、特許文献２記載の技術は、人工天体の速度をドップラー効果による電波の周波数スペクトルの変化により測定しようとするものであって、航空機等の物体を検出する技術ではない。
再特ＷＯ１９９７００４３３７号公報（Ｐ８Ｌ２３−Ｌ２５，図２、Ｐ９Ｌ８−Ｌ１５） 特開昭６０−０７０３８０号公報（Ｐ３左下Ｌ１−Ｌ１１）

図４に記載された従来の技術における課題は、物体の電波反射率が著しく小さい場合、反射電波のレベルが小さいため、反射電波を検出できないということである。
そのため、従来の電波による物体の検出装置では、物体の電波反射率が著しく小さい場合、反射電波による物体の検出が不可能であった。

この発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、電波による物体の検出装置において、宇宙由来の電波を遮ることによって生じている物体の影を検出することによって、宇宙空間におけるその物体の存在を検知するとともに、観測者（観測点）から電波を遮る物体に対する方位角と仰角を検出することができるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するため、この発明の第１の構成は、電波による物体の検出装置に係り、宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する手段を備え、該手段によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されている電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを検知することを特徴としている。

また、この発明の第２の構成は、電波による物体の検出装置に係り、宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する手段によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されてる電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを検知することを特徴としている。

この発明の第１の効果は、電波の反射を利用せずに物体の影によって被検出物体を検出しているので、電波反射率が著しく小さい、例えばステルス性を有する航空機等のような、従来検出不可能であった物体を検出できることである。
また、この発明の第２の効果は、大気中で吸収されにくい周波数帯の宇宙天体放射電波を利用することによって、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、物体を検出できることである。
また、この発明の第３の効果は、高分解能の電波望遠鏡を利用して電波を遮る影の形を観測することによって、物体の形状や種類を推定できることである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

実施形態１

図１は、本発明の電波による物体の検出装置の第１の構成例を示したものである。同図においては、宇宙由来の電波１と、物体２と、電波望遠鏡３と、電子計算機４と、データベース５と、表示器６とが示されている。

宇宙由来の電波１は、宇宙に存在する天体から放射されている電波である。物体２は、検出対象の物体である。電波望遠鏡３は、宇宙由来の電波１を受信するものである。電子計算機４は、電波望遠鏡３が受信した天空の位置座標の電波受信レベルと、最新の観測受信レベルとを比較して、電波受信レベルが通常よりも小さい座標に、物体が電波を遮っている影があることを算出する。データベース５は、電子計算機４が算出した天空の位置座標ごとの電波受信レベルを記憶している。表示器６は、物体２の検出結果を表示するものであって、例えば、天空の位置座標ごとの電波受信レベルの差異を、色彩や濃淡で表現して表示する。

なお、電波望遠鏡３は、当業者に周知のものであり、また本発明の内容とは直接の関係がないので、これに関する詳細な説明は省略する。

次に、図１に示された電子計算機４の動作を、図２に示すデータベース例及び観測値例を使用して説明する。
図２において、左側の表の数値は、データベースに記憶された過去の天空の位置座標ごとの電波受信レベル値を示し、右側の表の数値は、観測された電波の受信レベル値を示す。

電波望遠鏡３から電波受信レベル観測値が電子計算機４に与えられると、電子計算機４は、位置座標ごとの電波受信レベル観測値をデータベース上の位置座標ごとの電波受信レベル値と比較して、その比率を記憶メモリ（不図示）上にデータとして展開する。電波受信レベル値の比率は表示器６に供給される。表示器６は、天空の位置座標ごとの電波受信レベル値の比率を、色彩又は濃淡によって、コンピュータディスプレイ（不図示）上に表示する。

実施形態２

図３は、本発明の電波による物体の検出装置の第２の構成例を示したものである。同図において、宇宙由来の電波１，物体２，電波望遠鏡３，電子計算機４，データベース５，表示器６は、図１の場合と同様である。７は、第２の電波望遠鏡である。

図３に示された構成においては、電波望遠鏡３と電波望遠鏡７とは、三角測量の原理によって、物体２までの距離を計測する。
このように、この実施形態の電波による物体の検出装置によれば、天空における物体２の位置座標だけでなく、物体２までの距離を計測することが可能となる。

この場合、電波望遠鏡３と電波望遠鏡７の配置関係を正確に把握することにより、電波望遠鏡３，７を例えば車両，船舶，航空機等に搭載して任意の場所に移動しても、その場所で三角測量の原理によって、物体２までの距離を計測することができる。

以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、各実施形態において、電波望遠鏡に代えて電波干渉計を使用してもよい。

この発明の電波による物体の検出装置および方法は、被検出物体の形式，形状、構造を問わず適用可能なものである。

本発明の電波による物体の検出装置の第１の構成例を示す図である。 図１に示された電波による物体の検出装置の動作を説明するための図である。 本発明の電波による物体の検出装置の第２の構成例を示す図である。 従来のレーダによる物体の検出装置を示す図である。

符号の説明

１ 宇宙由来の電波
２ 物体
３ 電波望遠鏡
４ 電子計算機
５ データベース
６ 表示器
７ 電波望遠鏡

Claims (10)

1. 宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する手段を備え、該手段によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されている電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを検知することを特徴とする電波による物体の検出装置。
2. 宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する電波望遠鏡を備え、該電波望遠鏡によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されている電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を電子計算機による計算によって検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを検知することを特徴とする請求項１記載の電波による物体の検出装置。
3. 前記予め観測された天空の位置座標ごとの電波の受信レベル値が、比較の基準値として、前記電子計算機に接続されたデータベースに記憶されていることを特徴とする請求項２記載の電波による物体の検出装置。
4. 第１の宇宙由来の電波を受信する手段と、第２の宇宙由来の電波を受信する手段とを備え、三角測量の原理によって前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体までの距離を計測して該物体の位置を決定することを特徴とする請求項１、２又は３記載の電波による物体の検出装置。
5. 前記第１の宇宙由来の電波を受信する手段及び第２の宇宙由来の電波を受信する手段と前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体との位置関係について、前記第１の宇宙由来の電波を受信する手段及び第２の宇宙由来の電波を受信する手段を機動的に移動することによって、任意の場所で前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体の位置を決定することを特徴とする請求項４記載の電波による物体の検出装置。
6. 宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する手段によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されてる電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを検知することを特徴とする電波による物体の検出方法。
7. 宇宙由来の電波のうち、大気の状態や太陽の位置に影響されることなく、大気中で吸収されにくい周波数帯の電波を受信する電波望遠鏡によって天空の位置座標ごとに受信した電波の受信レベル値と、天空の位置座標ごとに予め観測され記憶されている電波の受信レベル値とを比較し、前記受信した電波の受信レベル値が、前記予め観測され記憶されている電波の受信レベル値より小さい天空の座標位置を電子計算機による計算によって検出することで、当該天空の座標位置に前記宇宙由来の電波を遮る物体が存在することを特徴とする請求項６記載の電波による物体の検出方法。
8. 前記予め観測された天空の位置座標ごとの電波の受信レベル値が、比較の基準値として、前記電子計算機に接続されたデータベースに記憶されていることを特徴とする請求項７記載の電波による物体の検出方法。
9. 第１の宇宙由来の電波を受信する手段と第２の宇宙由来の電波を受信する手段とによって、三角測量の原理によって前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体までの距離を計測して該物体の位置を決定することを特徴とする請求項６、７又は８記載の電波による物体の検出方法。
10. 前記第１の宇宙由来の電波を受信する手段及び第２の宇宙由来の電波を受信する手段と前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体との位置関係について、前記第１の宇宙由来の電波を受信する手段及び第２の宇宙由来の電波を受信する手段を機動的に移動することによって、任意の場所で前記第１及び第２の宇宙由来の電波を遮る物体の位置を決定することを特徴とする請求項９記載の電波による物体の検出方法。

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