WO2020148899A1 - レーダ装置および位置姿勢計測方法 - Google Patents

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WO2020148899A1
WO2020148899A1 PCT/JP2019/001509 JP2019001509W WO2020148899A1 WO 2020148899 A1 WO2020148899 A1 WO 2020148899A1 JP 2019001509 W JP2019001509 W JP 2019001509W WO 2020148899 A1 WO2020148899 A1 WO 2020148899A1
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WO
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unit
antenna
shape model
point group
shape
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PCT/JP2019/001509
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English (en)
French (fr)
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貴博 橋本
孝行 中西
健矢 清水
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the present invention relates to a radar device for observing a target with a plurality of antennas and a position and orientation measurement method for measuring the position and orientation of each of the plurality of antennas.
  • a distributed radar device with multiple antennas takes into account the position and orientation of each antenna to generate a combined beam pattern that combines the beam patterns of multiple antennas. For this reason, if there is an error in the position or orientation of each antenna, an error will also occur in the combined beam pattern, and the performance of the radar device will deteriorate. Therefore, the distributed radar device requires accurate position and attitude of each antenna.
  • the position/orientation measurement device described in Patent Document 1 fits the three-dimensional point cloud data on the surface of the object whose position and orientation is to be measured to the known three-dimensional shape of the object represented by the shape model. .. By fitting the three-dimensional point cloud data measured from the actual object to the known three-dimensional shape of the object, it is possible to measure the position and the posture of the actual object.
  • the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a radar device and a position and orientation measurement method capable of accurately obtaining the correspondence between the shape of the antenna represented by the shape model and the point cloud measured by the antenna.
  • a radar device includes a plurality of antennas and a control device that controls a beam pattern of each of the plurality of antennas, and the control device includes a plurality of filter units provided corresponding to each of the plurality of antennas. And a plurality of calculation units, and a shape model input unit that inputs a shape model representing the shape of the antenna corresponding to each filter unit to each of the plurality of filter units, and each of the plurality of filter units includes , A point group measured in a region including the shape model input by the shape model input unit is extracted from a large number of three-dimensional coordinate measurement points, and each of the plurality of calculation units represents the shape model.
  • the first correspondence data indicating the correspondence relationship between the point group and the surface portion is calculated, Based on the first correspondence data, the estimated surface including the point group corresponding to the surface portion is calculated to determine whether it is correct, the boundary of the estimated surface determined to be correct is calculated, and the boundary is expanded to the outside and expanded to the outside.
  • Second correspondence data indicating a correspondence relationship between the point group included in the surface determined by the boundary and the surface portion is calculated, and fitting between the shape model and the point cloud is performed based on the second correspondence data.
  • the estimated surface including the point group corresponding to the surface portion of the shape represented by the shape model is calculated to determine whether it is correct, the boundary of the estimated surface determined to be correct is calculated, and the boundary is expanded to the outside.
  • Correspondence data indicating the correspondence between the point group included in the surface determined by the expanded boundary and the surface portion is calculated, and the shape model and the point cloud are fitted based on the correspondence data.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control device in the first embodiment. It is a figure which shows the example of a shape model.
  • 6 is a flowchart showing a position and orientation measurement method according to the first embodiment. It is a figure which shows the perpendicular line drawn from the measurement point of a point cloud with respect to the surface part which comprises a point cloud, a shape model, and the shape which a shape model shows. It is a figure which shows the example of 1st corresponding data.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the antenna included in the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 15A is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the function of the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 15B is a block diagram showing a hardware configuration that executes software that implements the functions of the radar device according to the first embodiment.
  • 5 is a block diagram showing a configuration of a control device included in the radar device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control device included in the radar device according to the third embodiment.
  • FIG. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control device included in the radar device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control device according to the first embodiment.
  • the radar device shown in FIG. 1 includes antennas 1-1, 1-2,..., 1-N, a control device 2, and a coordinate measuring device 3.
  • N is the number of antennas.
  • the position of each antenna is, for example, the center position of the antenna, and the attitude of each antenna is, for example, the azimuth angle and the elevation angle of the antenna with the position of the antenna as a reference.
  • Antennas 1-1, 1-2,..., 1-N are a group of distributed antennas, and each antenna is connected to the control device 2.
  • the control device 2 controls the beam pattern of each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N.
  • the coordinate measuring device 3 is a device for measuring three-dimensional coordinates of an area including each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N at multiple points, and makes a large number of measurements from an object in the area. A point cloud, which is a point, is measured.
  • the coordinate measuring device 3 is, for example, a laser scanner.
  • Each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N includes a transmitter 10, a receiver 11, and a driver 12, as shown in FIG.
  • the transmitter 10 converts an electric signal (transmission signal) input from the control device 2 into a radio wave, and radiates the converted radio wave into space.
  • the receiving unit 11 converts the electric wave received from the space into an electric signal (reception signal), and outputs the converted electric signal to the control device 2.
  • the drive unit 12 drives the antenna to change the position and posture of the antenna. For example, the drive unit 12 drives the antenna with the drive amount instructed by the control device 2 to change the position and orientation of the antenna instructed by the control device 2.
  • the control device 2 includes a position/orientation setting unit 20, a shape model input unit 21, filter units 22-1, 22-2,..., 22-N, calculation units 23-1, 23-. 2,..., 23-N and a drive amount calculation unit 24.
  • Each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N is provided corresponding to each of the antennas 1-1, 1-2,. , 23-2,..., 23-N are provided corresponding to the antennas 1-1, 1-2,.
  • the position/orientation setting unit 20 sets, for each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N, the rough position and orientation of the antenna corresponding to each filter unit. For example, the approximate position and orientation values of each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N are acquired by the user measuring with a measure, a laser range finder, or a protractor. It Then, the position and orientation setting unit 20 sets the rough position and orientation of the antenna acquired by the user in the filter unit corresponding to the antenna.
  • the shape model input unit 21 inputs, for each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N, a shape model representing the known shape of the antenna corresponding to each filter unit.
  • the shape of the antenna represented by the shape model indicates the ideal position and orientation of the antenna, where the beam pattern of the antenna becomes a desired pattern.
  • the ideal position and orientation of the antenna is calculated using, for example, electromagnetic field simulation.
  • the three-dimensional shape of the antenna is represented by a shape in which a plurality of surface portions are combined.
  • the shape model may be, for example, a file described in the IGES format of CAD data.
  • the shape model input unit 21 reads a file of a shape model corresponding to each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N from an external device, and the read files are filtered by the filter units 22-1, 22. ,-, 22-N are output respectively.
  • FIG. 4 is a diagram showing the shape model 40.
  • the shape model 40 shown in FIG. 4 represents the shape of the antenna with a rectangular parallelepiped formed by six surface portions (1) to (6).
  • the shape model in the first embodiment can represent a more complicated shape than the rectangular parallelepiped, but in the following, for simplicity of explanation, the three-dimensional shape of the antenna 1-k (1 ⁇ k ⁇ N) is shown in FIG. And the shape model of the antenna 1-k is the shape model 40.
  • Each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N is input by the shape model input unit 21 from a point group which is a measurement point of a large number of three-dimensional coordinates measured by the coordinate measuring device 3.
  • the point cloud measured in the region including the generated shape model is extracted.
  • the filter unit 22-1 extracts the point cloud measured by the coordinate measuring device 3 from the point cloud measured in the area including the shape model corresponding to the antenna 1-1, which is input by the shape model input unit 21. Extract.
  • Each of the calculation units 23-1, 23-2,..., 23-N subtracts, from the point group extracted by the filter unit corresponding to the antenna, the plane portion that forms the shape of the antenna represented by the shape model. Based on the perpendicular line, the first correspondence data indicating the correspondence relationship between the point group and the surface portion is calculated. Subsequently, each of the arithmetic units 23-1, 23-2,..., 23-N calculates a first estimated surface including a point group corresponding to the surface portion based on the first correspondence data. Correctness is determined, and the first estimated surface that is determined to be correct is used as the second estimated surface, and the boundary of the second estimated surface is calculated and expanded outward.
  • each of the arithmetic units 23-1, 23-2,..., 23-N outputs the second correspondence data indicating the correspondence between the surface portion determined by the boundary expanded to the outside and the measurement point of the point cloud. Is calculated, and the shape model and the point cloud are fitted based on the second correspondence data.
  • the drive amount calculation unit 24 calculates the drive amount of each antenna based on the fitting result by each of the calculation units 23-1, 23-2,..., 23-N, and calculates the calculated drive amount respectively. It is set to the drive unit 12 included in the antenna. For example, the driving amount calculation unit 24 determines, as the fitting result by the calculation unit 23-k, a known shape indicated by the shape model of the antenna 1-k (a shape indicating the ideal position and orientation of the antenna 1-k) and an antenna shape. The current accurate position and orientation of 1-k are input, and the drive amount of the antenna 1-k is calculated so that the deviation between the two is eliminated. Then, the driving amount calculation unit 24 sets the calculated driving amount in the driving unit 12 included in the antenna 1-k.
  • the drive unit 12 drives the antenna 1-k with the drive amount set by the drive amount calculation unit 24, so that the antenna 1-k has the position and orientation corresponding to the shape represented by the shape model. Become. As a result, the beam pattern of the antenna 1-k becomes a desired pattern.
  • the position/orientation setting unit 20 sets, for each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N, a rough position and orientation of the antenna corresponding to each filter unit.
  • the shape model input unit 21 inputs the shape model of the antenna corresponding to each filter unit to each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N. Either of the rough position and posture of the antenna set by the position/posture setting unit 20 and the input of the shape model by the shape model input unit 21 may be performed first, or both may be performed in parallel.
  • Each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N is measured in a region including the shape model input by the shape model input unit 21 from the point group measured by the coordinate measuring device 3. Extracted point cloud.
  • the maximum x coordinate of the vertex of the rectangular parallelepiped shown by the shape model of the antenna 1-1 is x max
  • the minimum x coordinate of the vertex is Let x min be the maximum value of the y coordinate be y max , the minimum value of the y coordinate of the apex be y min , the maximum value of the z coordinate be z max, and the minimum value of the z coordinate of the apex be z min .
  • the filter unit 22-1 includes a range of x min ⁇ x ⁇ x max, a range of y min ⁇ y ⁇ y max , and a range of z min ⁇ z ⁇ z max from the point group measured by the coordinate measuring device 3.
  • a point group included in the three-dimensional coordinate area based on is extracted. It should be noted that a certain margin may be provided in the above range of x coordinates, the above range of y coordinates, and the above range of z coordinates that determine the three-dimensional coordinate region.
  • each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N is input from the coordinate measuring device 3 based on the rough position and orientation of the antenna set by the position and orientation setting unit 20.
  • a point group of measurement points measured in a region including the shape model input by the shape model input unit 21 may be extracted from a large number of point groups that are measurement points of three-dimensional position coordinates. For example, when the measurement error of the rough position and orientation of the antenna 1-k is delta, the filter unit 22-k determines that x min ⁇ delta ⁇ x ⁇ x max +delta from the point group measured by the coordinate measuring device 3.
  • the point cloud included in the three-dimensional coordinate area determined by the range of y min -delta ⁇ y ⁇ y max +delta and the range of z min -delta ⁇ z ⁇ z max +delta may be extracted.
  • the above-mentioned range of x-coordinates, the above-mentioned range of y-coordinates, and the above-mentioned range of z-coordinates that determine the three-dimensional coordinate area have a margin of delta, so that the point cloud is extracted more than necessary Can be prevented.
  • the point group extraction processing by each of the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N includes the rough position and orientation of the antenna set by the position and orientation setting unit 20. It may not be used. In this case, the control device 2 may not include the position/orientation setting unit 20.
  • Each of the arithmetic units 23-1, 23-2,..., 23-N receives the point group extracted by the filter unit corresponding to each arithmetic unit, and is formed by the input point group.
  • a deviation between the shape of the antenna and the shape of the antenna represented by the shape model is calculated.
  • the calculation unit 23-k (1 ⁇ k ⁇ N) obtains the correspondence relationship between the point group extracted by the filter unit 22-k and the surface portion forming the shape represented by the shape model of the antenna 1-k, The point cloud and the shape model are fitted based on this correspondence.
  • the shape formed by the point cloud and the shape represented by the shape model match, but if there is an installation error in the antenna 1-k, the shape represented by the shape model is changed. On the other hand, the shape formed by the point cloud is displaced.
  • the fitting result by each of the calculation units 23-1, 23-2,..., 23-N is input to the drive amount calculation unit 24.
  • the drive amount calculation unit 24 corresponds to, for example, the ideal position and orientation of the antenna 1-k corresponding to the shape represented by the shape model and the shape formed by the point group, as the fitting result by the calculation unit 23-k.
  • the deviation from the position and orientation of the antenna 1-k is input. Based on this deviation, the drive amount calculation unit 24 calculates the drive amount of the antenna 1-k in which the antenna 1-k has the ideal position and posture, and the calculated antenna drive amount is calculated by the antenna 1-k. It is set in the drive unit 12 included therein.
  • the drive unit 12 drives the antenna 1-k with the drive amount set by the drive amount calculation unit 24, so that the antenna 1-k is adjusted to the ideal position and posture.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the position/orientation measuring method according to the first embodiment.
  • the calculation unit 23-k draws a perpendicular line from each measurement point of the point group extracted by the filter unit 22-k to a surface portion (hereinafter, simply referred to as a surface portion of the shape model) forming the shape indicated by the shape model. Is calculated (step ST1).
  • the position of the antenna indicated by the shape model is represented by local coordinates in step ST1, but is converted into global coordinates based on the position and orientation of the antenna updated in step ST10 described later.
  • FIG. 6 is a diagram showing a perpendicular line drawn from the measurement point of the point group on the point group, the shape model 40, and the surface portion (1) of the shape model 40.
  • the known three-dimensional shape of the antenna 1-k represented by the shape model 40 is a shape indicating an ideal position and orientation in which the beam pattern of the antenna 1-k becomes a desired pattern, as described above.
  • the actual position and orientation of the antenna 1-k often deviate due to an antenna installation error. Therefore, the calculation unit 23-k calculates a perpendicular line drawn from the measurement point of the point group on the surface portion (1) of the shape model 40.
  • the perpendicular having the shortest length among the calculated perpendiculars is the perpendicular drawn from the measurement point to the surface portion.
  • the calculation unit 23-k can calculate a perpendicular line p1 drawn on the surface portion (1) from each of many measurement points d1 included in the same plane.
  • the perpendicular line p2 may be erroneously calculated from the measurement point d2 on the surface portion (1) although it is not included in the plane where the measurement point d1 exists.
  • the measurement point d2 that does not correspond to the surface portion (1) may be erroneously determined to have a correspondence relationship with the surface portion (1).
  • the surface portion from the measurement point d1 is The vertical line cannot be drawn to (1).
  • the measurement point d1 corresponds to the surface portion (1), the measurement point d1 may be erroneously determined to have no correspondence with the surface portion (1).
  • the calculation unit 23-k calculates the first correspondence data indicating the correspondence relationship between the point cloud and the surface portion based on the perpendicular line drawn from the point cloud to the surface portion (step ST2). For example, when the measurement point of the point group and the surface portion can be connected by one perpendicular line, the calculation unit 23-k determines that the point group and the surface portion have a correspondence relationship, and determines the correspondence between them. First correspondence data indicating the relationship is calculated.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the first correspondence data.
  • the first correspondence data shown in FIG. 7 shows the correspondence between the point group having 1 to N measurement points and the rectangular parallelepiped surface portions (1) to (6) indicated by the shape model 40.
  • FIG. 8 is a diagram showing a surface portion and a point cloud of the shape model 40 having a correct correspondence relationship.
  • FIG. 9 is a diagram showing a result of fitting the point group to the surface portion of the shape model 40 in a correct correspondence relationship.
  • the point group 100 corresponds to the surface portion (1) of the shape model 40
  • the point group 101 corresponds to the surface portion (3) of the shape model 40
  • the point group 102 corresponds to the shape model 40. It corresponds to the surface portion (6).
  • the point cloud is correctly fitted to the surface portions (1) to (6) of the shape model 40, as shown in FIG.
  • the calculation unit 23-k calculates the first estimated surface including the point cloud corresponding to the surface portion (i) based on the first correspondence data (step ST3). For example, the calculation unit 23-k randomly selects the coordinates of the three measurement points from the point group determined to correspond to the surface portion (i) based on the first correspondence data, and selects the three selected measurement points. From the first estimated surface. By selecting three measurement points in this way, it is possible to obtain all the parameters of the plane that determine the surface portion.
  • the calculation unit 23-k determines whether or not the first estimated surface is correct (step ST4). For example, the calculation unit 23-k determines that the number of measurement points whose distance from the first estimation surface is equal to or less than the threshold value out of the measurement points of the point cloud determined to correspond to the first estimation surface is from step ST3. When the distance obtained by the previous repetition of the processing up to step ST6 is greater than the number of measurement points that are equal to or less than the threshold value, it is determined that the first estimated surface is correct. It should be noted that the first estimated surface obtained in the first iteration is determined to be correct. When the measurement error at the measurement point of the point cloud is ⁇ , the threshold value is set to a value of about 2 ⁇ .
  • step ST4 When it is determined that the first estimated surface is correct (step ST4; YES), the calculation unit 23-k sets the first estimated surface as the second estimated surface (step ST5). On the other hand, when it is determined that the first estimated surface is not correct (step ST4; NO), the arithmetic unit 23-k determines whether or not the end condition regarding the processing from step ST3 to step ST6 is satisfied (step. ST6). For example, the termination condition is whether or not the processes from step ST3 to step ST6 have been repeated a certain number of times.
  • FIG. 10 is a diagram showing the boundary 201 of the second estimation surface 200, the point group 100 a within the boundary 201, and the shape model 40.
  • the calculation unit 23-k calculates the boundary 201 by defining the boundary 201 as a closed curve surrounding the point cloud 100a using the alpha shape algorithm.
  • FIG. 11 is a diagram showing the boundary 201a enlarged outward, the point group 100a in the boundary 201a, and the shape model 40.
  • the calculation unit 23-k could not calculate the first correspondence data as indicated by the symbol B in FIG. 6, but the measurement point originally having the correspondence relation with the surface portion (1) is the shape model 40.
  • the boundary 201a is expanded outward so that the boundary 201a is calculated so as to be included in the point group corresponding to the surface portion (1).
  • the calculation unit 23-k calculates the second correspondence data indicating the correspondence relationship between the point group included in the surface determined by the boundary 201a enlarged to the outside and the surface portion (i) (step ST8).
  • FIG. 12 is a diagram showing a correspondence relationship between the point group 100 included in the surface determined by the boundary 201a enlarged to the outside and the surface portion (1) of the shape model 40.
  • the calculation unit 23-k selects the point group 100 of the measurement points whose distance from the boundary 201a is equal to or less than the threshold value from the point group extracted by the filter unit 22-k. In FIG. 12, the point group 101 and the point group 102 of the measurement points whose distance from the boundary 201a exceeds are not selected.
  • the calculation unit 23-k calculates the second correspondence data indicating the correspondence relationship between the selected point group 100 and the surface portion (1).
  • the threshold value is set to a value of about 2 ⁇ .
  • the calculation unit 23-k determines whether or not the processes from step ST2 to step ST8 have been executed for all the surface portions of the shape model 40 (step ST9).
  • the calculation unit 23-k adds 1 to i (step ST10), and then returns to the processing of step ST2. For example, when the above-mentioned processing is performed on the surface portion (1) and the surface portions (2) to (6) are unprocessed, the above processing is subsequently performed on the surface portion (2).
  • the calculation unit 23-k performs the fitting between the shape model 40 and the point group based on the second correspondence data, and thereby the shape model 40
  • the point group corresponding to this is applied to the surface of the rectangular parallelepiped represented by, and the current position and orientation of the antenna 1-k are updated (step ST11).
  • a method of using a nonlinear least squares method to minimize the distance between the measurement point and the surface portion can be adopted.
  • the calculation unit 23-k determines whether or not the fitting end condition is satisfied (step ST12). When the termination condition is not satisfied (step ST12; NO), the process returns to step ST1 and the series of processes from step ST1 is repeated. On the other hand, when the end condition is satisfied (step ST12; YES), the process of FIG. 5 is ended. This completes the repetition of fitting. For example, if the error of the fitting executed this time is larger than X percent of the residual of the fitting executed the previous time M times in a row, the fitting is terminated. For example, let X be 90 and M be 5. By repeating this fitting, the accurate position and orientation of the antenna 1-k can be obtained.
  • FIG. 13 is a diagram showing a result of fitting the measurement points to the surface portion of the shape model 40 in an incorrect correspondence relationship. If the calculation unit 23-k calculates the correspondence data between the point cloud and the surface without performing the processes of steps ST1, ST2 and ST7 to ST9 shown in FIG. 5, the correct position of the antenna 1-k and I can't ask for a posture. For example, when the processing from step ST1, step ST2 and step ST7 to step ST9 is not executed, as shown in FIG. 13, the correspondence relationship between the point cloud 100 and the surface portion (1), the point cloud 101 and the surface portion (3), ), and the correspondence between the point cloud 102 and the surface portion (6) cannot be obtained correctly. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 13, the fitting is performed with the point group deviated from the shape model.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N included in the radar device according to the first embodiment.
  • Each of the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N shown in FIG. 14 includes a transmitting unit 10, a receiving unit 11, a driving unit 12, an attitude measuring unit 13, and a position measuring unit 14.
  • the transmitting unit 10, the receiving unit 11, and the driving unit 12 function similarly to those shown in FIG.
  • the attitude measuring unit 13 measures the rough attitude of the antenna.
  • the posture measuring unit 13 measures the azimuth angle and the elevation angle of the antenna on the order of 0.1 degree.
  • the position measuring unit 14 measures a rough position of the antenna.
  • the position measuring unit 14 may be a system that measures the approximate position of the antenna on the order of several centimeters, such as GPS (Global Positioning System).
  • the position/orientation setting unit 20 inputs the rough posture of the antenna 1-k from the posture measuring unit 13 included in the antenna 1-k, and determines the rough position of the antenna 1-k from the position measuring unit 14 included in the antenna 1-k. Then, the rough position and attitude of the antenna are set in the filter units 22-1, 22-2,..., 22-N.
  • control device 2 includes a processing circuit for executing the processing from step ST1 to step ST12 shown in FIG.
  • the processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 15A is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the functions of the radar device according to the first embodiment.
  • FIG. 15B is a block diagram showing a hardware configuration that executes software that implements the functions of the radar device according to the first embodiment.
  • the first interface 300 is an interface that relays signal exchange between each of the antennas 1-1 to 1-N and the control device 2.
  • the second interface 301 is an interface that relays data exchange between the control device 2 and the coordinate measuring device 3.
  • the processing circuit 302 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). ), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the functions of the position/orientation setting unit 20, the shape model input unit 21, the filter units 22-1 to 22-N, the arithmetic units 23-1 to 23-N, and the drive amount calculation unit 24 in the control device 2 are realized by separate processing circuits. Alternatively, these functions may be collectively implemented by one processing circuit.
  • the processing circuit is the processor 303 shown in FIG. 15B
  • the position/orientation setting unit 20 the shape model input unit 21, the filter units 22-1 to 22-N, the arithmetic units 23-1 to 23-N and the driving unit in the control device 2 are used.
  • the function of the quantity calculation unit 24 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is described as a program and stored in the memory 304.
  • the processor 303 reads out and executes the program stored in the memory 304, so that the position/orientation setting unit 20, the shape model input unit 21, the filter units 22-1 to 22-N, and the arithmetic unit 23-in the control device 2.
  • the functions of 1 to 23-N and the drive amount calculation unit 24 are realized.
  • the control device 2 includes a memory 304 for storing a program that, when executed by the processor 303, results in the processes of steps ST1 to ST12 in the flowchart shown in FIG. These programs cause a computer to execute the procedure or method of the arithmetic units 23-1 to 23-N.
  • the memory 304 may be a computer-readable storage medium that stores a program for causing a computer to function as the calculation units 23-1 to 23-N.
  • the memory 304 is, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Memory), an EEPROM (Electrically memory non-volatile, or non-volatile semiconductor) such as an EEPROM (Electrically-volatile memory).
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory an EPROM (Erasable Programmable Memory)
  • an EEPROM Electrically memory non-volatile, or non-volatile semiconductor
  • a disc, a flexible disc, an optical disc, a compact disc, a mini disc, a DVD, and the like are applicable.
  • the position/orientation setting unit 20 Some of the functions of the position/orientation setting unit 20, the shape model input unit 21, the filter units 22-1 to 22-N, the arithmetic units 23-1 to 23-N, and the drive amount calculation unit 24 in the control device 2 are dedicated. It may be realized by hardware and a part thereof may be realized by software or firmware.
  • the position/orientation setting unit 20, the shape model input unit 21, and the drive amount calculation unit 24 realize the functions by the processing circuit 302 that is dedicated hardware, and the filter units 22-1 to 22-N and the calculation unit 23-
  • the functions 1 to 23-N are realized by the processor 303 reading and executing the program stored in the memory 304. In this way, the processing circuit can realize the above functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the first estimation surface including the point group corresponding to the surface portion of the shape model 40 is calculated to determine whether it is correct, and the second estimation that is determined to be correct.
  • the boundary of the surface is calculated and expanded to the outside, and the second correspondence data indicating the correspondence between the point group included in the surface determined by the boundary expanded to the outside and the surface portion of the shape model 40 is calculated.
  • the shape model 40 and the point cloud are fitted based on the correspondence data. Thereby, the correspondence between the shape of the antenna represented by the shape model 40 and the point cloud measured from the antenna can be accurately obtained.
  • the shape of the antenna represented by the shape model shows the ideal position and orientation of the antenna determined by electromagnetic field simulation so that the radar device satisfies the desired performance.
  • the position and orientation of the antenna in the actual environment are set to approximate values due to the installation error of the antenna.
  • the radar device according to the first embodiment can accurately measure the position and orientation of the antenna, the antenna is adjusted to the ideal position and orientation even if there is an antenna installation error. be able to.
  • the coordinate measuring device 3 may be a device provided separately from the radar device. That is, if the radar device according to the first embodiment includes the antennas 1-1, 1-2,..., 1-N and the control device 2 that can acquire the point cloud data from the coordinate measuring device 3. Good.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a control device 2A included in the radar device according to the second embodiment. 16, the same components as those of FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the control device 2A includes a position/orientation setting unit 20, a shape model input unit 21, filter units 22-1 to 22-N, calculation units 23-1 to 23-N, a received signal correction unit 25, and a radar signal processing unit 26. ..
  • the reception signal correction unit 25 corrects the radar signal received by each antenna based on the fitting result of the shape model and the point cloud by each of the calculation units 23-1 to 23-N. For example, the reception signal correction unit 25 demodulates a plurality of radar signals received by the reception unit 11 included in each of the antennas 1-1 to 1-N, and the amplitude of the radar signal is increased according to the deviation of the point cloud with respect to the shape model. Then, the phase is corrected, and the corrected radar signals are combined. Thereby, the reception beam pattern of the antenna can be adjusted to a desired pattern.
  • the radar signal processing unit 26 observes the target based on the radar signal corrected by the received signal correction unit 25. For example, the radar signal processing unit 26 calculates the position or velocity of the target based on the radar signal corrected by the reception signal correction unit 25.
  • the radar device includes the reception signal correction unit 25 and the radar signal processing unit 26.
  • the reception signal correction unit 25 it is possible to adjust the reception beam pattern of the reception unit 11 to a desired pattern without mechanically driving the antennas 1-1 to 1-N. As a result, the deterioration of the reception performance of the radar can be suppressed.
  • FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the control device 2B included in the radar device according to the third embodiment. 17, the same components as those of FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the control device 2B includes a position/orientation setting unit 20, a shape model input unit 21, filter units 22-1 to 22-N, calculation units 23-1 to 23-N, a transmission signal correction unit 27, and a transmission signal generation unit 28. ..
  • the transmission signal correction unit 27 corrects the radar signal transmitted by each antenna based on the fitting result of the shape model and the point cloud by the calculation units 23-1 to 23-N. For example, the transmission signal correction unit 27 can adjust the transmission beam pattern of the antenna to a target pattern by correcting the amplitude and phase of the transmission signal generated by the transmission signal generation unit 28, so that the transmission of the radar is performed. Performance deterioration can be suppressed.
  • the transmission signal generation unit 28 generates a radar signal transmitted by each of the antennas 1-1 to 1-N and outputs it to the transmission signal correction unit 27.
  • the transmission signal generation unit 28 assumes that each of the antennas 1-1 to 1-N has an ideal position and posture, and generates a radar signal having a desired frequency, waveform, and phase as a transmission signal. ..
  • the radar device includes the transmission signal correction unit 27 and the transmission signal generation unit 28.
  • the transmission beam pattern of the transmission unit 10 can be adjusted to a desired pattern without mechanically driving the antennas 1-1 to 1-N. As a result, deterioration of the transmission performance of the radar can be suppressed.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the control device 2C included in the radar device according to the fourth embodiment. 18, the same components as those of FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the control device 2C includes a position/orientation setting unit 20, a shape model input unit 21, filter units 22-1 to 22-N, calculation units 23-1 to 23-N, a drive amount calculation unit 24, a received signal correction unit 25, and a radar.
  • a signal processing unit 26, a transmission signal correction unit 27, and a transmission signal generation unit 28 are provided.
  • the reception signal correction unit 25 corrects the radar signal received by each antenna based on the fitting result of the shape model and the point cloud by each of the calculation units 23-1 to 23-N.
  • the radar signal processing unit 26 observes the target based on the radar signal corrected by the reception signal correction unit 25.
  • the transmission signal correction unit 27 corrects the radar signal transmitted by each antenna based on the fitting result of the shape model and the point cloud by the calculation units 23-1 to 23-N.
  • the transmission signal generation unit 28 generates a radar signal transmitted by each of the antennas 1-1 to 1-N and outputs the radar signal to the transmission signal correction unit 27.
  • the radar device includes the drive amount calculation unit 24, the reception signal correction unit 25, the radar signal processing unit 26, the transmission signal correction unit 27, and the transmission signal generation unit 28.
  • the transmission beam pattern of the transmission unit 10 can be adjusted to a desired pattern without mechanically driving the antennas 1-1 to 1-N, and the reception beam pattern of the reception unit 11 can be adjusted. Can be adjusted to a desired pattern. This makes it possible to suppress deterioration of the reception performance and transmission performance of the radar.
  • the radar device according to the present invention can be used for target observation because it can accurately determine the correspondence between the shape of the antenna represented by the shape model and the point cloud measured by the antenna.

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Abstract

形状モデル（４０）の面部に対応する点群を含む第１の推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された第２の推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と形状モデル（４０）の面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行う。

Description

レーダ装置および位置姿勢計測方法
　本発明は、複数のアンテナで目標を観測するレーダ装置および複数のアンテナの各々の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測方法に関する。
　複数のアンテナを備えた分散型のレーダ装置は、各々のアンテナの位置および姿勢を考慮して、複数のアンテナのビームパターンが合成された合成ビームパターンを生成する。このため、各アンテナの位置または姿勢に誤差があると、合成ビームパターンにも誤差が生じてレーダ装置の性能が劣化する。従って、分散型のレーダ装置には、各々のアンテナの正確な位置および姿勢が必要である。
　例えば、特許文献１に記載される位置姿勢計測装置は、位置および姿勢を計測する対象の物体の表面上の３次元点群データを、形状モデルが表す当該物体の既知の３次元形状にフィッティングさせる。物体の既知の３次元形状に対して実際の物体から測定された３次元点群データをフィッティングさせることで、実際の物体がどの位置でどのような姿勢になっているかを計測することができる。
特開２０１６－１７００５０号公報
　形状モデルが表す形状と実際の物体で測定された点群とをフィッティングさせるためには、点群が形状のどの部分に対応するかを正確に求める必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された位置姿勢計測装置では、形状モデルが表す物体の既知の形状と、実際の物体で測定された点群との対応関係をどのように求めるかが十分に考慮されておらず、これらをフィッティングさせることができない可能性がある。
　本発明は上記課題を解決するものであり、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができるレーダ装置および位置姿勢計測方法を得ることを目的とする。
　本発明に係るレーダ装置は、複数のアンテナと、複数のアンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、制御装置は、複数のアンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、複数のフィルタ部の各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、複数のフィルタ部の各々は、多数の３次元座標の測定点である点群から、形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出し、複数の演算部の各々は、形状モデルが表すアンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応するフィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出し、第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行う。
　本発明によれば、形状モデルが表す形状の面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す対応データを算出し、対応データに基づいて形状モデルと点群をフィッティングさせる。これにより、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができる。
実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるアンテナの構成を示すブロック図である。 実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図である。 形状モデルの例を示す図である。 実施の形態１に係る位置姿勢計測方法を示すフローチャートである。 点群、形状モデル、および形状モデルが示す形状を構成する面部に対して点群の測定点から引いた垂線を示す図である。 第１の対応データの例を示す図である。 正しい対応関係にある形状モデルが示す形状を構成する面部と点群とを示す図である。 形状モデルが示す形状を構成する面部に対して点群が正しい対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。 第２の推定面の境界、この境界内の点群および形状モデルを示す図である。 外側に拡大された境界、この境界内の点群および形状モデルを示す図である。 外側に拡大された境界で決まる面部に含まれる点群と、形状モデルが示す形状を構成する面部との対応関係を示す図である。 形状モデルが示す形状を構成する面部に対して測定点が誤った対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ装置が備えるアンテナの変形例の構成を示すブロック図である。 図１５Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係るレーダ装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１におけるアンテナの構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態１における制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎ、制御装置２および座標測定装置３を備えている。Ｎはアンテナの個数である。各々のアンテナの位置は、例えば、アンテナの中心の位置であり、各々のアンテナの姿勢は、例えば、アンテナの位置を基準としたアンテナの方位角および仰角である。
　アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎは、分散配置されたアンテナ群であり、各々のアンテナは制御装置２に接続されている。制御装置２は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々のビームパターンを制御する。座標測定装置３は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々が含まれる領域の３次元座標を多点測定する装置であり、当該領域にある物体から多数の測定点である点群を測定する。座標測定装置３は、例えば、レーザスキャナである。
　アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々は、図２に示すように、送信部１０、受信部１１および駆動部１２を備える。送信部１０は、制御装置２から入力された電気信号（送信信号）を電波に変換し、変換された電波を空間に放射する。受信部１１は、空間から受信された電波を電気信号（受信信号）に変換し、変換された電気信号を制御装置２へ出力する。駆動部１２は、アンテナを駆動させて当該アンテナの位置および姿勢を変化させる。例えば、駆動部１２は、制御装置２から指示された駆動量でアンテナを駆動させることにより、制御装置２から指示されたアンテナの位置および姿勢に変化させる。
　制御装置２は、図３に示すように、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎ、演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎおよび駆動量算出部２４を備える。フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎにそれぞれ対応して設けられ、演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎにそれぞれ対応して設けられる。
　位置姿勢設定部２０は、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。例えば、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々の大まかな位置および姿勢の値は、ユーザが、メジャー、レーザ測距計あるいは分度器を用いて計測することで取得される。そして、位置姿勢設定部２０は、ユーザによって取得されたアンテナの大まかな位置および姿勢を、当該アンテナに対応するフィルタ部に設定する。
　形状モデル入力部２１は、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々に対して、各々のフィルタ部に対応するアンテナの既知の形状を表す形状モデルを入力する。形状モデルが表すアンテナの形状は、当該アンテナのビームパターンが所望のパターンになる、アンテナの理想的な位置および姿勢を示すものである。アンテナの理想的な位置および姿勢は、例えば、電磁界シミュレーションを用いて算出される。また、形状モデルでは、複数の面部が組み合わされた形状でアンテナの３次元形状が表現される。
　形状モデルは、例えば、ＣＡＤデータのＩＧＥＳフォーマットで記述されたファイルであってもよい。形状モデル入力部２１は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々に対応する形状モデルのファイルを外部装置から読み込んで、読み込んだファイルをフィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎにそれぞれ出力する。
　図４は、形状モデル４０を示す図である。図４に示す形状モデル４０は、６つの面部（１）～（６）によって構成された直方体でアンテナの形状を表している。実施の形態１における形状モデルは、直方体よりも複雑な形状も表現できるが、以降では、説明の簡単のため、アンテナ１－ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）の３次元形状が図４に示す直方体であり、アンテナ１－ｋの形状モデルが形状モデル４０であるものとする。
　フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々は、座標測定装置３によって測定された多数の３次元座標の測定点である点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。例えば、フィルタ部２２－１は、座標測定装置３によって測定された点群から、形状モデル入力部２１によって入力された、アンテナ１－１に対応する形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。
　演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々は、形状モデルが表すアンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応するフィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、当該点群と当該面部との対応関係を示す第１の対応データを算出する。続いて、演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々は、第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む第１の推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された第１の推定面を第２の推定面として、第２の推定面の境界を算出して外側に拡大する。この後、演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々は、外側に拡大された境界で決まる面部と点群の測定点との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行う。
　駆動量算出部２４は、演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々によるフィッティング結果に基づいて各々のアンテナの駆動量を算出し、算出された駆動量を、各々のアンテナが有する駆動部１２に設定する。例えば、駆動量算出部２４は、演算部２３－ｋによるフィッティング結果として、アンテナ１－ｋの形状モデルが示す既知の形状（理想的なアンテナ１－ｋの位置および姿勢を示す形状）と、アンテナ１－ｋの現在の正確な位置および姿勢とを入力し、両者のずれが無くなるようにアンテナ１－ｋの駆動量を算出する。そして、駆動量算出部２４は、算出された駆動量を、アンテナ１－ｋが有する駆動部１２に設定する。駆動部１２は、駆動量算出部２４から設定された駆動量でアンテナ１－ｋを駆動させることで、アンテナ１－ｋは、形状モデルが表す形状に対応したアンテナ１－ｋの位置および姿勢となる。これにより、アンテナ１－ｋのビームパターンが所望のパターンとなる。
　次に、実施の形態１に係るレーダ装置の動作について説明する。
　位置姿勢設定部２０が、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々に対し、各々のフィルタ部に対応したアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。また、形状モデル入力部２１が、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々に対し、各々のフィルタ部に対応したアンテナの形状モデルを入力する。位置姿勢設定部２０によるアンテナの大まかな位置および姿勢の設定と、形状モデル入力部２１による形状モデルの入力は、どちらが先に実施されてもよく、並行して実施されてもよい。
　フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々は、座標測定装置３によって測定された点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出する。例えば、アンテナ１－１の形状が図４に示した直方体である場合、アンテナ１－１の形状モデルが示す直方体の頂点のｘ座標の最大値をｘｍａｘとし、頂点のｘ座標の最小値をｘｍｉｎとし、ｙ座標の最大値をｙｍａｘとし、頂点のｙ座標の最小値をｙｍｉｎとし、ｚ座標の最大値をｚｍａｘとし、頂点のｚ座標の最小値をｚｍｉｎとする。フィルタ部２２－１は、座標測定装置３によって測定された点群の中から、ｘｍｉｎ≦ｘ≦ｘｍａｘの範囲、ｙｍｉｎ≦ｙ≦ｙｍａｘの範囲およびｚｍｉｎ≦ｚ≦ｚｍａｘの範囲を基準とした３次元座標領域内に含まれる点群を抽出する。なお、３次元座標領域を決定するｘ座標の上記範囲、ｙ座標の上記範囲およびｚ座標の上記範囲には、一定のマージンを持たせてもよい。
　また、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々は、位置姿勢設定部２０から設定されたアンテナの大まかな位置および姿勢に基づいて、座標測定装置３から入力された多数の３次元位置座標の測定点である点群から、形状モデル入力部２１によって入力された形状モデルを含む領域で測定された測定点の点群を抽出してもよい。例えば、アンテナ１－ｋの大まかな位置および姿勢の測定誤差がｄｅｌｔａである場合、フィルタ部２２－ｋは、座標測定装置３によって測定された点群から、ｘｍｉｎ－ｄｅｌｔａ≦ｘ≦ｘｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲、ｙｍｉｎ－ｄｅｌｔａ≦ｙ≦ｙｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲およびｚｍｉｎ－ｄｅｌｔａ≦ｚ≦ｚｍａｘ＋ｄｅｌｔａの範囲で決定される３次元座標領域に含まれる点群を抽出してもよい。このように、３次元座標領域を決定するｘ座標の上記範囲、ｙ座標の上記範囲およびｚ座標の上記範囲に、ｄｅｌｔａであるマージンを持たせることで、点群が必要以上に限定して抽出されることを防止できる。
　フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎの各々による点群の抽出処理には、前述したように、位置姿勢設定部２０から設定されるアンテナの大まかな位置および姿勢を用いない場合もある。この場合、制御装置２は、位置姿勢設定部２０を備えていなくてもよい。
　演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々には、各々の演算部に対応するフィルタ部によって抽出された点群が入力され、入力された点群によって形成されるアンテナの形状と形状モデルが表すアンテナの形状とのずれを算出する。例えば、演算部２３－ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）は、フィルタ部２２－ｋによって抽出された点群と、アンテナ１－ｋの形状モデルが表す形状を構成する面部との対応関係を求め、この対応関係に基づいて点群と形状モデルとのフィッティングを行う。これにより、アンテナ１－ｋに設置誤差がない場合、点群によって形成される形状と形状モデルが表す形状とが一致するが、アンテナ１－ｋに設置誤差があれば、形状モデルが表す形状に対して、点群によって形成される形状がずれる。
　演算部２３－１，２３－２，・・・，２３－Ｎの各々によるフィッティング結果は、駆動量算出部２４に入力される。駆動量算出部２４は、例えば、演算部２３－ｋによるフィッティング結果として、形状モデルが表す形状に対応するアンテナ１－ｋの理想的な位置および姿勢と、点群によって形成される形状に対応するアンテナ１－ｋの位置および姿勢とのずれを入力する。駆動量算出部２４は、このずれに基づいて、アンテナ１－ｋが理想的な位置および姿勢となるアンテナ１－ｋの駆動量を算出し、算出されたアンテナ駆動量を、アンテナ１－ｋが有する駆動部１２に設定する。駆動部１２は、駆動量算出部２４によって設定された駆動量でアンテナ１－ｋを駆動させることで、アンテナ１－ｋが理想的な位置および姿勢に調整される。
　次に、演算部の詳細な動作、すなわち、実施の形態１に係る位置姿勢計測方法について説明する。図５は、実施の形態１に係る位置姿勢計測方法を示すフローチャートである。
　演算部２３－ｋは、フィルタ部２２－ｋによって抽出された点群の各測定点から、形状モデルが示す形状を構成する面部（以下、単に、形状モデルの面部と記載する）に引いた垂線を算出する（ステップＳＴ１）。なお、形状モデルが示すアンテナの位置は、ステップＳＴ１においてローカル座標で表されているが、後述するステップＳＴ１０において更新されたアンテナの位置および姿勢に基づいて、グローバル座標に変換される。
　図６は、点群、形状モデル４０および形状モデル４０の面部（１）に対して点群の測定点から引いた垂線を示す図である。形状モデル４０が表すアンテナ１－ｋの既知の３次元形状は、前述したように、アンテナ１－ｋのビームパターンが所望のパターンになる理想的な位置および姿勢を示す形状である。実際のアンテナ１－ｋの位置および姿勢は、アンテナの設置誤差によってずれている場合が多い。そこで、演算部２３－ｋは、形状モデル４０の面部（１）に対して点群の測定点から引いた垂線を算出する。なお、１つの測定点から複数の垂線が算出された場合、算出された複数の垂線のうち、長さが最も短い垂線を当該測定点から面部に引かれた垂線とする。
　例えば、図６に示すように、演算部２３－ｋは、同じ平面に含まれる多くの測定点ｄ１の各々から面部（１）に引かれた垂線ｐ１を算出することができる。
　しかしながら、符号Ａに示すように、測定点ｄ１が存在する平面に含まれないが、面部（１）上にある測定点ｄ２からも垂線ｐ２が誤って算出される場合がある。この場合、面部（１）に対応しない測定点ｄ２が面部（１）と対応関係があると誤って判定される可能性がある。また、形状モデル４０が表す直方体に対して、点群によって形成される形状がずれることで、測定点ｄ１の直下に面部（１）がない場合、符号Ｂに示すように、測定点ｄ１から面部（１）へ垂線が引けない。この場合、面部（１）に対応する測定点ｄ１であるにもかかわらず、測定点ｄ１は面部（１）と対応関係が無いと誤って判定される可能性がある。
　演算部２３－ｋは、点群から面部に引かれた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出する（ステップＳＴ２）。例えば、演算部２３－ｋは、点群の測定点と面部との間を１つの垂線で結ぶことができた場合、この点群と面部とが対応関係にあると判断して、これらの対応関係を示す第１の対応データを算出する。図７は、第１の対応データの例を示す図である。図７に示す第１の対応データは、測定点が１～Ｎ個ある点群と、形状モデル４０が示す直方体の面部（１）～（６）との対応関係を示している。
　図８は、正しい対応関係にある形状モデル４０の面部と点群とを示す図である。また、図９は、形状モデル４０の面部に対して点群が正しい対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。図８に示すように、点群１００は、形状モデル４０の面部（１）に対応し、点群１０１は、形状モデル４０の面部（３）に対応し、点群１０２は、形状モデル４０の面部（６）に対応している。点群と面部の正しい対応関係が求められると、図９に示すように、形状モデル４０の面部（１）～（６）に対して点群が正しくフィッティングされる。
　次に、演算部２３－ｋは、第１の対応データに基づいて、面部（ｉ）に対応する点群を含む第１の推定面を算出する（ステップＳＴ３）。例えば、演算部２３－ｋは、第１の対応データに基づいて面部（ｉ）に対応すると判断された点群から、３つの測定点の座標をランダムに選択し、選択された３つの測定点から第１の推定面を求める。このように３つの測定点を選択することによって、面部を決定する平面のパラメータを全て求めることができる。
　続いて、演算部２３－ｋは、第１の推定面が正しいか否かを判定する（ステップＳＴ４）。例えば、演算部２３－ｋは、第１の推定面に対応すると判断された点群の測定点のうち、第１の推定面との距離が閾値以下である測定点の数が、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理の前回の繰り返しまでに求められた上記距離が閾値以下である測定点の数よりも多い場合、第１の推定面が正しいと判定する。なお、繰り返しの初回に求められた第１の推定面は正しいと判定される。また、点群の測定点の測定誤差がσである場合には、閾値は２σ程度の値に設定される。
　第１の推定面が正しいと判定された場合（ステップＳＴ４；ＹＥＳ）、演算部２３－ｋは、第１の推定面を第２の推定面とする（ステップＳＴ５）。一方、第１の推定面が正しくないと判定された場合（ステップＳＴ４；ＮＯ）、演算部２３－ｋは、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理に関する終了条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳＴ６）。例えば、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理が一定の繰り返し回数だけ繰り返されたか否かを終了条件とする。
　なお、ステップＳＴ３からステップＳＴ６までの処理には、下記参考文献に記載されるＲＡＮＳＡＣ（ＲＡＮｄｏｍ　Ｓａｍｐｌｅ　Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）アルゴリズムなどのはずれ値に対してロバストなアルゴリズムを採用してもよい。
（参考文献）Ｍ．　Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ　ａｎｄ　Ａ．　Ｚｉｓｓｅｒｍａｎ，　“Ｒｏｂｕｓｔ　ｏｂｊｅｃｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ”　ｉｎ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ａｓｉａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ，　ｐｐ．　５８－６２，　１９９５．
　上記の終了条件を満たしていない場合（ステップＳＴ６；ＮＯ）、演算部２３－ｋは、ステップＳＴ３からの処理を繰り返し実行する。一方、上記の終了条件を満たした場合（ステップＳＴ６；ＹＥＳ）、演算部２３－ｋは、第２の推定面の境界を算出する（ステップＳＴ７）。図１０は、第２の推定面２００の境界２０１、この境界２０１内の点群１００ａおよび形状モデル４０を示す図である。例えば、演算部２３－ｋは、アルファシェイプアルゴリズムを用いて、点群１００ａを囲む閉曲線として境界２０１を定義することにより、境界２０１を算出する。
　続いて、演算部２３－ｋは、第２の推定面２００の境界２０１を外側に拡大する。図１１は、外側に拡大された境界２０１ａ、境界２０１ａ内の点群１００ａおよび形状モデル４０を示す図である。例えば、演算部２３－ｋは、図６の符号Ｂで示したような、第１の対応データを算出できなかったが、本来は面部（１）と対応関係がある測定点が、形状モデル４０の面部（１）に対応する点群に含まれるように、境界２０１を外側に拡大して境界２０１ａを算出する。
　次に、演算部２３－ｋは、外側に拡大された境界２０１ａで決まる面に含まれる点群と面部（ｉ）との対応関係を示す第２の対応データを算出する（ステップＳＴ８）。図１２は、外側に拡大された境界２０１ａで決まる面に含まれる点群１００と、形状モデル４０の面部（１）との対応関係を示す図である。例えば、演算部２３－ｋは、フィルタ部２２－ｋによって抽出された点群のうち、境界２０１ａからの距離が閾値以下である測定点の点群１００を選択する。図１２において、境界２０１ａからの距離が超える測定点の点群１０１および点群１０２は選択されない。また、点群１００とは異なる平面上にある測定点ｄ２も選択されない。演算部２３－ｋは、選択された点群１００と面部（１）との対応関係を示す第２の対応データを算出する。なお、点群の測定点の測定誤差がσである場合には、閾値は２σ程度の値に設定される。
　この後、演算部２３－ｋは、形状モデル４０の全ての面部についてステップＳＴ２からステップＳＴ８までの処理を実行したか否かを判定する（ステップＳＴ９）。上記処理を実行していない面部がある場合（ステップＳＴ９；ＮＯ）、演算部２３－ｋは、ｉに１を加算してから（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２の処理に戻る。例えば、面部（１）について上記処理が実行され、面部（２）～（６）について未処理である場合、引き続いて面部（２）について上記処理が実行される。
　上記処理が全ての面部について実行された場合（ステップＳＴ９；ＹＥＳ）、演算部２３－ｋは、第２の対応データに基づいて形状モデル４０と点群とのフィッティングを行うことで、形状モデル４０が表す直方体の面部に対して、これに対応する点群が当てはめられて、アンテナ１－ｋの現在の位置および姿勢が更新される（ステップＳＴ１１）。例えば、フィッティングには、非線形最小二乗法を用いて測定点と面部との距離を最小化する方法を採用することができる。
　演算部２３－ｋは、フィッティングの終了条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。終了条件を満たさなかった場合（ステップＳＴ１２；ＮＯ）、ステップＳＴ１の処理に戻り、ステップＳＴ１からの一連の処理が繰り返される。一方、終了条件を満たす場合（ステップＳＴ１２；ＹＥＳ）、図５の処理が終了される。これにより、フィッティングの繰り返しが終了される。例えば、今回に実行されたフィッティングの誤差が、直前回に実行されたフィッティングの残差のＸパーセントよりも大きい場合がＭ回続いた場合、フィッティングの繰り返しが終了される。例えば、Ｘを９０とし、Ｍを５とする。このフィッティングの繰り返しによってアンテナ１－ｋの正確な位置および姿勢が求められる。
　図１３は、形状モデル４０の面部に対して測定点が誤った対応関係でフィッティングされた結果を示す図である。演算部２３－ｋが、図５に示すステップＳＴ１、ステップＳＴ２およびステップＳＴ７からステップＳＴ９までの処理を行わずに、点群と面部との対応データを算出すると、アンテナ１－ｋの正しい位置および姿勢を求めることができない。例えば、ステップＳＴ１、ステップＳＴ２およびステップＳＴ７からステップＳＴ９までの処理が実行されなかった場合、図１３に示すように、点群１００と面部（１）との対応関係、点群１０１と面部（３）との対応関係、および点群１０２と面部（６）との対応関係が正しく求まらない。このため、図１３の矢印で示すように、形状モデルに対して点群がずれた状態でフィッティングされる。
　次に、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの変形例について説明する。
　図１４は、実施の形態１に係るレーダ装置が備えるアンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの変形例の構成を示すブロック図である。図１４に示すアンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎの各々は、送信部１０、受信部１１、駆動部１２、姿勢測定部１３および位置測定部１４を備える。送信部１０、受信部１１および駆動部１２は、図２に示したものと同様に機能する。
　姿勢測定部１３は、アンテナの大まかな姿勢を測定する。例えば、姿勢測定部１３は、アンテナの方位角と仰角を０．１度オーダーで測定する。位置測定部１４は、アンテナの大まかな位置を測定する。例えば、位置測定部１４は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）のように、数センチメートルオーダーでアンテナの大まかな位置を測定するシステムであってもよい。
　位置姿勢設定部２０は、アンテナ１－ｋが備える姿勢測定部１３からアンテナ１－ｋの大まかな姿勢を入力し、アンテナ１－ｋが備える位置測定部１４からアンテナ１－ｋの大まかな位置を入力して、フィルタ部２２－１，２２－２，・・・，２２－Ｎにアンテナの大まかな位置および姿勢を設定する。
　次に、制御装置２の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
　図３に示した制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎおよび駆動量算出部２４の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、制御装置２は、図５に示したステップＳＴ１からステップＳＴ１２までの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。
　図１５Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、第１のインタフェース３００は、アンテナ１－１～１－Ｎの各々と制御装置２との間における信号のやり取りを中継するインタフェースである。第２のインタフェース３０１は、制御装置２と座標測定装置３との間におけるデータのやり取りを中継するインタフェースである。
　処理回路が図１５Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３０２である場合、処理回路３０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎおよび駆動量算出部２４の機能を別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
　処理回路が図１５Ｂに示すプロセッサ３０３である場合、制御装置２における位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎおよび駆動量算出部２４の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０４に記憶される。
　プロセッサ３０３は、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、制御装置２における、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎおよび駆動量算出部２４の機能を実現する。例えば、制御装置２は、プロセッサ３０３によって実行されるときに、図５に示したフローチャートにおけるステップＳＴ１からステップＳＴ１２までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３０４を備える。これらのプログラムは、演算部２３－１～２３－Ｎの手順または方法を、コンピュータに実行させる。メモリ３０４は、コンピュータを、演算部２３－１～２３－Ｎとして機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
　メモリ３０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
　制御装置２における、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎおよび駆動量算出部２４の機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１および駆動量算出部２４は、専用のハードウェアである処理回路３０２で機能を実現し、フィルタ部２２－１～２２－Ｎおよび演算部２３－１～２３－Ｎは、プロセッサ３０３が、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することができる。
　以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置において、形状モデル４０の面部に対応する点群を含む第１の推定面を算出して正否を判定し、正しいと判定された第２の推定面の境界を算出して外側に拡大し、外側に拡大された境界で決まる面に含まれる点群と形状モデル４０の面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、第２の対応データに基づいて、形状モデル４０と点群とのフィッティングを行う。これにより、形状モデル４０が表すアンテナの形状とアンテナから測定された点群との対応関係を正確に求めることができる。
　なお、形状モデルが表すアンテナの形状は、レーダ装置が所望の性能を満足するように電磁界シミュレーションによって決定されたアンテナの理想的な位置および姿勢を示している。一方、実環境のアンテナの位置および姿勢は、アンテナの設置誤差によって大凡の値で設定されている。実環境のアンテナを理想的な位置および姿勢に補正するためには、実環境のアンテナの正確な位置および姿勢の計測が必要である。前述したように、実施の形態１に係るレーダ装置は、アンテナの正確な位置および姿勢の計測が可能であるので、アンテナの設置誤差があっても、アンテナを理想的な位置および姿勢に調整することができる。
　なお、図１には、座標測定装置３を備えるレーダ装置を示したが、座標測定装置３は、レーダ装置とは別に設けられた装置であってもよい。すなわち、実施の形態１に係るレーダ装置は、アンテナ１－１，１－２，・・・，１－Ｎと、座標測定装置３から点群データを取得可能な制御装置２を備えていればよい。
実施の形態２．
　図１６は、実施の形態２に係るレーダ装置が備える制御装置２Ａの構成を示すブロック図である。図１６において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ａは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎ、受信信号修正部２５およびレーダ信号処理部２６を備える。
　受信信号修正部２５は、演算部２３－１～２３－Ｎの各々による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって受信されたレーダ信号を修正する。例えば、受信信号修正部２５は、アンテナ１－１～１－Ｎの各々が有する受信部１１によって受信された複数のレーダ信号を復調し、形状モデルに対する点群のずれに応じてレーダ信号の振幅および位相を修正し、修正された複数のレーダ信号の合成処理を行う。これにより、アンテナの受信ビームパターンを目的のパターンに調整することができる。
　レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて目標を観測する。例えば、レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて、目標の位置または速度を算出する。
　以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置は、受信信号修正部２５およびレーダ信号処理部２６を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１－１～１－Ｎを機械的に駆動させずに、受信部１１の受信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの受信性能の劣化を抑制できる。
実施の形態３．
　図１７は、実施の形態３に係るレーダ装置が備える制御装置２Ｂの構成を示すブロック図である。図１７において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ｂは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎ、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。
　送信信号修正部２７は、演算部２３－１～２３－Ｎによる形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって送信されるレーダ信号を修正する。例えば、送信信号修正部２７は、送信信号生成部２８によって生成された送信信号の振幅および位相を修正することで、アンテナの送信ビームパターンを目的のパターンに調整することができるので、レーダの送信性能の劣化を抑制できる。
　送信信号生成部２８は、アンテナ１－１～１－Ｎの各々によって送信されるレーダ信号を生成して送信信号修正部２７に出力する。例えば、送信信号生成部２８は、アンテナ１－１～１－Ｎの各々が理想的な位置および姿勢であるものと仮定し、送信信号として、所望の周波数、波形および位相のレーダ信号を生成する。
　以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置は、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１－１～１－Ｎを機械的に駆動させずに、送信部１０の送信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの送信性能の劣化を抑制できる。
実施の形態４．
　図１８は、実施の形態４に係るレーダ装置が備える制御装置２Ｃの構成を示すブロック図である。図１８において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。制御装置２Ｃは、位置姿勢設定部２０、形状モデル入力部２１、フィルタ部２２－１～２２－Ｎ、演算部２３－１～２３－Ｎ、駆動量算出部２４、受信信号修正部２５、レーダ信号処理部２６、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。
　受信信号修正部２５は、演算部２３－１～２３－Ｎの各々による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって受信されたレーダ信号を修正する。レーダ信号処理部２６は、受信信号修正部２５によって修正されたレーダ信号に基づいて目標を観測する。送信信号修正部２７は、演算部２３－１～２３－Ｎによる形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、各々のアンテナによって送信されるレーダ信号を修正する。送信信号生成部２８は、アンテナ１－１～１－Ｎの各々によって送信されるレーダ信号を生成して送信信号修正部２７に出力する。
　以上のように、実施の形態４に係るレーダ装置は、駆動量算出部２４、受信信号修正部２５、レーダ信号処理部２６、送信信号修正部２７および送信信号生成部２８を備える。これらの構成を有することで、アンテナ１－１～１－Ｎを機械的に駆動させずに、送信部１０の送信ビームパターンを所望のパターンに調整することができ、受信部１１の受信ビームパターンを所望のパターンに調整することが可能である。これにより、レーダの受信性能および送信性能の劣化を抑制できる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明に係るレーダ装置は、形状モデルが表すアンテナの形状とアンテナで測定された点群との対応関係を正確に求めることができるので、目標観測の用途に利用可能である。
　１－１～１－Ｎ，１－ｋ　アンテナ、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　制御装置、３　座標測定装置、１０　送信部、１１　受信部、１２　駆動部、１３　姿勢測定部、１４　位置測定部、２０　位置姿勢設定部、２１　形状モデル入力部、２２－１～２２－Ｎ，２２－ｋ　フィルタ部、２３－１～２３－Ｎ，２３－ｋ　演算部、２４　駆動量算出部、２５　受信信号修正部、２６　レーダ信号処理部、２７　送信信号修正部、２８　送信信号生成部、４０　形状モデル、１００，１００ａ，１０１，１０２　点群、２００　第２の推定面、２０１，２０１ａ　境界、３００　第１のインタフェース、３０１　第２のインタフェース、３０２　処理回路、３０３　プロセッサ、３０４　メモリ。

Claims (8)

  1. 　複数のアンテナと、
    　複数の前記アンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、
    　複数の前記アンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、
    　複数の前記フィルタ部の各々に対して、各々の前記フィルタ部に対応する前記アンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、
    　複数の前記フィルタ部の各々は、
    　多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出し、
    　複数の前記演算部の各々は、
    　形状モデルが表す前記アンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応する前記フィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出し、
    　前記第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定し、
    　正しいと判定された前記推定面の境界を算出して外側に拡大し、
    　外側に拡大された前記境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出し、
    　前記第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行うこと
    　を特徴とするレーダ装置。
  2. 　複数の前記アンテナの各々は、前記アンテナを駆動させて位置および姿勢を変化させる駆動部を有しており、
    　前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、当該演算部に対応する前記アンテナの駆動量を算出し、算出された駆動量を前記駆動部に設定する駆動量算出部を備えたこと
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 　複数の前記フィルタ部の各々に対し、当該フィルタ部に対応する前記アンテナの大まかな位置および姿勢を設定する位置姿勢設定部を備え、
    　複数の前記フィルタ部の各々は、
    　前記位置姿勢設定部から設定された前記アンテナの大まかな位置および姿勢に基づいて、多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部から入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出すること
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  4. 　複数の前記アンテナの各々は、
    　前記アンテナの大まかな位置を測定する位置測定部と、
    　前記アンテナの大まかな姿勢を測定する姿勢測定部とを有し、
    　前記位置姿勢設定部は、前記位置測定部によって測定された前記アンテナの大まかな位置を入力し、前記姿勢測定部によって測定された前記アンテナの大まかな姿勢を入力し、入力された前記アンテナの大まかな位置および姿勢を前記フィルタ部に設定すること
    　を特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
  5. 　前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記アンテナによって受信された受信信号を修正する受信信号修正部と、
    　前記受信信号修正部によって修正された受信信号に基づいて目標を観測するレーダ信号処理部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  6. 　前記アンテナによって送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、
    　前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記送信信号生成部によって生成された送信信号を修正する送信信号修正部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  7. 　前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記アンテナによって受信された受信信号を修正する受信信号修正部と、
    　前記受信信号修正部によって修正された受信信号に基づいて目標を観測するレーダ信号処理部と、
    　前記アンテナによって送信される送信信号を生成する送信信号生成部と、
    　前記演算部による形状モデルと点群とのフィッティング結果に基づいて、前記送信信号生成部によって生成された送信信号を修正する送信信号修正部と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  8. 　複数のアンテナと、
    　複数の前記アンテナの各々のビームパターンを制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置が、
    　複数の前記アンテナの各々に対応して設けられた複数のフィルタ部および複数の演算部と、
    　複数の前記フィルタ部の各々に対して、各々の前記フィルタ部に対応する前記アンテナの形状を表す形状モデルを入力する形状モデル入力部とを有し、
    　複数の前記フィルタ部の各々は、
    　多数の３次元座標の測定点である点群から、前記形状モデル入力部によって入力された形状モデルを含む領域で測定された点群を抽出するレーダ装置の位置姿勢計測方法であって、
    　複数の前記演算部の各々が、
    　形状モデルが表す前記アンテナの形状を構成する面部に対し、当該アンテナに対応する前記フィルタ部によって抽出された点群から引いた垂線に基づいて、点群と面部との対応関係を示す第１の対応データを算出するステップと、
    　前記第１の対応データに基づいて、面部に対応する点群を含む推定面を算出して正否を判定するステップと、
    　正しいと判定された前記推定面の境界を算出して外側に拡大するステップと、
    　外側に拡大された前記境界で決まる面に含まれる点群と面部との対応関係を示す第２の対応データを算出するステップと、
    　前記第２の対応データに基づいて形状モデルと点群とのフィッティングを行うステップと、
    　を備えたことを特徴とする位置姿勢計測方法。
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