CN106796280B - 正交分离装置以及正交分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的正交分离装置包括：解调部，通过同时发送相位分别不同的作为已知的离散值的列而设定的多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的解调处理，生成所述多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)；以及相位调整部，根据所述已知的离散值的列，收集多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。

Description

正交分离装置以及正交分离方法
技术领域
本发明涉及在MIMO传送系统的接收端，分离从发送端的各天线到达配置在该接收端的每根天线的信号的正交分离装置以及正交分离方法。
本申请基于并要求于2014年8月28提出的日本专利申请第2014-174382号的优先权，其内容引用于此。
背景技术
作为车载用的雷达装置，已知FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)方式的雷达装置(例如参照专利文献1)。通过这种雷达装置，能够测量目标的速度、距离、方位角。此外，近年来，使用了MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output：多输入多输出)技术的MIMO雷达受到注目。通过MIMO雷达，由于能够设想性地增加天线数，所以能够期待改善作为雷达装置的基本性能之一的方位角的分辨率。
在MIMO雷达中，需要在接收侧识别从发送侧的多个发送天线分别发送的信号，作为这种信号的识别方式之一，已知有时间分离方式。根据时间分离方式，从发送侧的多个发送天线的各个错开时间依次发送信号。在接收侧，由于接收由各发送天线发送的信号的反射波的时间不同，所以能够识别与发送天线对应的信号。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利申请公开第2009-25159号公报。
发明内容
发明要解决的课题
但是，根据时间分离方式，存在限制可测量的速度的问题。即，在测量目标的速度的情况下，需要求得从特定的发送天线发送的信号的反射波的相位旋转量(多普勒量)。此时，需要识别从特定的发送天线发送的信号并抽样。
在此，根据时间分离方式，发送天线的个数越多，从每个发送天线发送的信号的时间间隔越长。此时，需要延长从特定的发送天线接受的信号的抽样的时间间隔。若抽样的时间间隔变长，则根据抽样定理，可观测的接收信号的频率降低。其结果，降低可测量的速度的上限，难以检测出高速移动的目标。
本发明鉴于上述情况而得到，目的在于提供大幅度缓和现有例子的限制，并且能够分离经由形成在分别多个配置在发送端和接收端的天线的每对的传输路径到达的脉冲波的正交分离装置以及正交分离方法
解决课题的手段
本发明的第一方式的正交分离装置包括：解调部，通过同时发送相位分别不同的作为已知的离散值的列而设定的多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的解调处理，生成所述多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)；以及相位调整部，根据所述已知的离散值的列，收集多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。
本发明的第一方式的正交分离装置还可以包括：积分部，在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对相当于单独到达所述多个N的天线的脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线单独对应的接收波S1～SN。
本发明的第二方式的正交分离方法是通过同时发送相位分别不同的作为已知的离散值的列而设定的多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的解调处理，生成所述多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)，根据所述已知的离散值的列，收集多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。
本发明的第二方式的正交分离方法可以在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对相当于单独到达所述多个N的天线的脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线分别对应的接收波S1～SN。
根据上述的第一方式的正交分离装置以及第二方式的正交分离方法，多个M个的脉冲波在该脉冲波的发送端，没有在频率轴上和时间轴上的任一个复用，设定为各个相位分别不同的已知的离散值的列，在接收端，以这些离散值的列为根据，收集相位。
而且，由于这样在收集相位的每个脉冲波的组合进行积分，能够实现经由在被提供到上述多个M个的脉冲波的发送的M个的天线和配置在接收端的N的天线之间所形成的MN通路的输送路而分别到达的脉冲波的分离。
发明效果
根据本发明的第一方式的正交分离装置以及第二方式的正交分离方法，与现有例子相比较，不受下述(1)～(3)的限制的任一个的大幅度的阻碍，经由发送端和接收端分别具有的多个天线的任一对所输送的脉冲波被精度良好稳定且廉价的分离。
(1)作为MIMO输送的对象的脉冲波的脉冲宽度或每间隔能实现的数字信号处理的处理量
(2)在这些脉冲宽度或每间隔得到的接收波的信息量的缩减
(3)接收带域所要求的广带域化。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的雷达装置的构成例的图。
图2是用于说明本发明的实施方式的雷达装置的接收部的详细构成例和信号的流程的图。
图3是用于示出在本发明的实施方式的雷达装置的接收部的接收动作的流程的图。
图4A是用于补充说明本发明的实施方式的雷达装置的动作的图，是示出检波部的输出波形的一例的图。
图4B是用于补充说明本发明的实施方式的雷达装置的动作的图，是示出积分部的输出波形的一例的图。
图4C是用于补充说明本发明的实施方式的雷达装置的动作的图，是示出信号处理部的输出波形的一例的图。
图5A示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设定为速度测量范围内的-10km/h(表示接近速度)，将目标方位角设定为30°(表示目标位于左方)，将速度测量范围设定为±53km/h时的模拟结果的图。
图5B示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设定为速度测量范围内的-10km/h(表示接近速度)，将目标方位角设定为30°(表示目标位于左方)，将速度测量范围设定为±53km/h时的模拟结果的图。
图5C示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设为速度测量范围内的-10km/h(表示接近速度)，将目标方位角设定为30°(表示目标位于左方)，将速度测量范围设定为±53km/h时的模拟结果的图。
图5D示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设定为超过速度测量范围的200km/h，将目标方位角设定为-30°时的模拟结果的图。
图5E示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设定为超过速度测量范围的200km/h，将目标方位角设定为-30°时的模拟结果的图。
图5F示出本发明的实施方式的雷达装置的动作的模拟结果，是示出作为模拟条件，将目标距离设定为100m，将目标速度设为超过速度测量范围的200km/h，将目标方位角设定为-30°时的模拟结果的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
简要地，本实施方式的FMCW雷达装置，其特征在于，在发送侧，形成发送信号的频率调制连续波(以下称为“FMCW波”。)的频率在从规定的下限值上升到规定的上限值的每个规定的信号区域(后述的“扫频”)适用离散性的相位调制，在接收侧，通过在每个该信号区域中实施与发送侧相逆的相位调制，实现信号的正交分离。即，在本实施方式中，不是通过输送路(空间)的特性的不同而得到信号的正交性，而是通过各信号区域的相位的组合实现信号的正交性。这种信号区域的相位的组合通过使用随机数等产生的符号，在发送天线中确定，向各发送天线分配由用于确定上述信号区域的相位的组合的符号形成的符号列。
[雷达装置的构成的说明]
图1是示出本发明的实施方式的雷达装置1的构成例的图。
雷达装置1包括信号产生部10、符号产生部20、调制部30、发送天线阵列40、接收天线阵列50、接收部60、信号处理部70，作为FMCW方式的MIMO雷达构成。
发送天线阵列40包括多个发送天线41～44。在本实施方式中，发送天线阵列40是具备4个发送天线41～44的4元件天线。构成发送天线阵列40的多个发送天线的个数可以任意设定。接收天线阵列50包括多个发送天线51～56。在本实施方式中，接收天线阵列50是具备6个接收天线51～56的6元件天线。构成接收天线阵列50的多个接收天线的个数也可以任意设定。
在多个接收天线51～56的各个接收的信号是从多个发送天线41～44的各个发送的信号的线形结合。在MIMO雷达中，需要在接收侧识别从多个发送天线41～44的各个发送的信号。本实施方式的雷达装置1在正交分离从多个发送天线41～44发送的信号的方法上具有主要的特征。
信号产生部10构成为产生从多个发送天线41～44分别发送的多个发送信号。多个发送信号可以是彼此相同的信号，也可以是彼此不同的信号。在本实施方式中，信号产生部10构成为作为从多个发送天线41～44分别发送的发送信号产生相同的信号。
由信号产生部10产生的发送信号是由频率从规定的最小值直线性上升到规定的最大值的FMCW波(线性调频信号)的重复形成的信号。在下文中，将相当于上述FMCW波的重复周期的信号区域称为“扫频”。
此外，不限定于FMCW波，信号产生部10作为发送信号可以产生任意的信号。例如，发送信号可以包括由电压在一定期间内直线性上升的三角波的重复形成的信号，也可以为脉冲信号，可以任意地设定该脉冲信号的信号波形。
符号产生部20构成为产生与多个发送天线41～44对应的彼此不同的的多个符号列。符号产生部20产生包含2值符号的符号列，上述2值符号示出在后述的调制部30中调制发送信号的相位时使用的相位旋转量(0°或180°)。在下文中，为了说明的便利，将示出0°的相位旋转量的符号的值作为“0”，将示出180°的相位旋转量的符号的值作为“π”。
符号产生部20随机产生与4个发送天线41～44对应的4个不同的符号列。符号产生部20产生的符号列例如像“ππππ0ππ0π……”那样包含“0”和“π”的2值符号，“0”和“π”排列顺序利用随机的方法在每个发送天线确定。
具体而言，在本实施方式中，符号产生部20构成为产生“ππππ0ππ0π……0π0π”作为与发送天线41对应的第一符号列，产生“0ππ0ππ000……π0π0”作为与发送天线42对应的第二符号列，产生“0π000π000……0π0π”作为与发送天线43对应的第三符号列，产生“π0π0ππ0ππ……0πππ”作为与发送天线44对应的第四符号列。此外，将后述的接收部60中作为一次接收处理对象的发送信号的扫频个数设为“500”，关联于此，将各符号列所包含的符号的总数设定为“500”。
此外，符号列可以仅包含示出“0”和“π”中一个的符号。此外，由作为符号列的2值符号示出的相位旋转量不限于0°以及180°，例如像30°以及90°那样，以成为彼此不同的相位旋转量为限度，可以任意地设定。此外，作为符号列的符号不限于2值符号，可以为3值以上的符号，也可以为多值的符号。
此外，由多值的符号示出的多个相位旋转量的彼此间的相位间隔无需是等间隔。此外，作为成为符号列的符号的排列的设定方法，除使用随机的方法之外，举出例如使用M系列或金氏码的方法，但以符号的排列不同作为限制，符号的排列可以任意地设定。此外，成为符号列的符号的总数，即符号列的长度也可以任意地设定。
调制部30用于根据由符号产生部20产生的符号列，通过使由信号产生部10产生的发送信号的相位旋转，对发送信号相位调制。在本实施方式中，通过在每个扫频将发送信号的相位仅旋转0°(0弧度)或180°(π弧度)的任一个，对发送信号相位调制。
对于各扫频是否适用0°以及180°的任一相位旋转量，与由符号产生部20产生的成为符号列的符号的值(0以及π)确定。在本实施方式中，例如对于从发送天线41发送的发送信号Tx1的第一个扫频，适用通过被分配到发送天线41的第一符号列的第一个符号的值所示的相位旋转量，对于第二个扫频，适用根据同符号列的第二个符号的值示出的相位旋转量，以下相同。
调制部30将相位调制后的发送信号供给到发送天线41。在图1中，仅代表性地示出对于发送天线41设置的调制部30，对其他发送天线42～44的各个也设置调制部30。即，在雷达装置1中包括与多个发送天线41～44对应的多个调制部30。在本实施方式中，需要留意的是，如上所述，从信号产生部10分别输入到多个调制部30的发送信号彼此相同，但从符号产生部20分别输入到多个调制部30的符号列彼此不同。
此外，可以将与多个发送天线41～44对应的多个调制部30统合为一。是设置与多个发送天线41～44对应的多个调制部30，还是将多个调制部30统合为一并不是本发明的本质，可以配合本发明的实施方式来任意地设定。若将与多个发送天线41～44对应的多个调制部30在形式上作为一个调制部30表现，则调制部30构成为根据由符号产生部20产生的多个符号列，对由信号产生部10产生的多个发送信号相位调制，分别供给到多个发送天线41～44。
接收部60包括检波部61、解调部62以及积分部63。在图1中没有图示，接收部60与接收天线51～56的各个对应设置。在下文中，着重说明与接收天线51对应设置的接收部60。
构成接收部60的检波部61用于对由对应的接收天线51接收的接收信号进行检波。检波部61的检波处理根据雷达方式设定。本实施方式的雷达装置1是FMCW方式的雷达装置，所以检波部61作为检波处理实施傅里叶变换。但是，不限定于该例，例如，若雷达装置1是脉冲雷达方式的雷达装置，则检波部61作为检波处理实施振幅检波。此外，若雷达装置1是脉冲压缩雷达方式的雷达装置，则检波部61作为检波处理实施脉冲压缩处理。
解调部62用于根据上述多个符号列(第一符号列～第四符号列)，将被检波部61检波的信号逆相位调制来解调。积分部63用于积分由解调部62解调的信号，生成与从发送天线41～44分别发送的多个发送信号对应的接收信号Rx11、Rx12、Rx13、Rx14。
图2是用于说明本发明的实施方式的雷达装置1的接收部60的详细构成例和信号的流程的图。在图2的上层示意性示出在接收天线51～56的各个所接收的发送信号Tx1～Tx4的波形图。在同波形图中，横轴表示时间t，纵轴表示发送信号的频率f。在图2的中部示出输入在接收天线51接收发送信号Tx1～Tx4而得的混合信号的接收部60的详细的构成。在图2的下层中，除从与接收天线51对应设置的接收部60输入到信号处理部70的接收信号Rx1之外，示出从与接收天线52～56对应设置的接收部60(未图示)输入到信号处理部70的接收信号Rx2～Rx6。
在本实施方式中，检波部61包括与接收部60中成为一次接收处理的对象的各发送信号的扫频的个数(即，上述多个符号列的各个的长度)对应的多个检波处理部61001、61002、61003、……、61500。在本实施方式中，将接收部60中成为一次接收处理对象的各发送信号的扫频个数设为500，检波处理部61001、61002、61003、……、61500的总数配合上述扫频的个数(即符号列的长度)，设定为“500”。检波处理部61001、61002、61003、……、61500的各输出信号仅按照与发送天线41～44的个数(＝4)对应的数分支。
解调部62包括多个解调处理部621～624，多个解调处理部621～624通过在上述多个符号列(第一符号列～第四符号列)中所包含的符号中，使用时间位置对应的多个符号，对检波处理部61001～61500的输出信号进行逆相位调制来解调。多个解调处理部621～624将解调处理部621～624作为一组，与多个检波处理部61001～61500的各个对应设置。
在本实施方式中，解调处理部621对于在上述调制部30中从发送天线41发送的发送信号所实施的相位调制实施逆相位调制。即，解调处理部621对在调制部30中从发送天线42发送的发送信号，使用与成为被适用的符号列的符号相逆的符号(以下，称为“逆符号”。)形成的符号列，进行相位调制。
例如，如果对于从发送天线41发送的发送信号所适用的成为符号列的某符号是“π”，则其逆符号为“-π”。该逆符号[-π]表示向将相位与发送时的逆方向仅旋转π。即，使用逆符号的相位调制表示使信号的相位返回相位调制前的原相位。此外，如果符号是“0”，由于其逆符号的相位的旋转量是零，则不进行相位的旋转。
同样地，解调处理部622对于在上述调制部30中从发送天线42发送的发送信号所实施的相位调制，实施逆相位调制。解调处理部623对于在上述调制部30中从发送天线43发送的发送信号所实施的相位调制，实施逆相位调制。解调处理部624对于在上述调制部30中从发送天线44发送的发送信号所实施的相位调制，实施逆相位调制。
积分部63包括与多个发送天线41～44对应的多个积分处理部631～634。多个积分处理部631～634的各个构成为在设置于多个检波处理部61001～61500的各个的解调处理部621～624中，使用与属于同一符号列的符号相当的逆符号，积分被逆相位调制的信号。具体而言，解调处理部621使用与发送天线41对应的成为第一符号列的符号的逆符号，积分逆相位调制的500个解调处理部621的输出信号。该积分结果作为接收信号Rx11从积分处理部631输出。
解调处理部622使用与发送天线42对应的成为第二符号列的符号的逆符号，积分逆相位调制的500个解调处理部622的输出信号。该积分结果作为接收信号Rx12从积分处理部632输出。解调处理部623使用与发送天线43对应的成为第三符号列的符号的逆符号，积分逆相位调制的、500个解调处理部623的输出信号。该积分结果作为接收信号Rx13从积分处理部633输出。
解调处理部624使用与发送天线44对应的成为第四符号列的符号的逆符号，积分逆相位调制的500个解调处理部624的输出信号。该积分结果作为接收信号Rx14从积分处理部634输出。
如后所述，接收信号Rx11～Rx14是正交分离的信号，是识别从发送天线41～44发送的各个信号而得到的接收信号。
从上述积分处理部631～634分别输出的接收信号Rx11、Rx12、Rx13、Rx14从与接收天线51对应设置的接收部60作为接收信号Rx1被供给到信号处理部70。同样地，接收信号Rx2～Rx6从与其他接收天线52～56的各个对应设置的接收部60分别供给到信号处理部70。
信号处理部70用于通过在每个发送天线合成与上述接收天线51～56对应设置的接收部60的积分部63积分的信号，实施波束形成处理，生成目标的方位角θ相关的信息。
[雷达装置的动作的说明]
接着，说明本发明的实施方式的雷达装置1的动作。
首先，说明雷达装置1的发送动作。如图2的上层所示，信号产生部10作为发送信号Tx1～Tx4，以一定周期重复产生频率f从规定的最小值直线性上升到规定的最大值的FMCW波。但是，发送信号Tx1～Tx4是在由信号产生部10产生的时刻彼此相同的信号。
另一方面，符号产生部20产生与发送天线41～44对应的第一符号列、第二符号列、第三符号列、第四符号列。在本实施方式中，如上所述，符号产生部20产生“ππππ0ππ0π……0π0π”作为第一符号列，产生“0ππ0ππ000……π0π0”作为第二符号列，产生“0π000π000……0π0π”作为第三符号列，产生“π0π0ππ0ππ……0πππ”作为第四符号列。
接着，调制部30应用由符号产生部20产生的符号列，对由信号产生部10产生的发送信号实施符号调制处理(相位调制)。详细来说，与发送天线41对应的调制部30应用由符号产生部20产生的第一符号列，对由信号产生部10产生的发送信号Tx1相位调制。具体而言，如图2的上层所示，调制部30将发送信号Tx的第一个扫频S1001的信号的相位仅旋转由第一符号列的第一个符号的值“π”所示的相位旋转量(+180°)。通过该相位调制，翻转第一个扫频S1001的发送信号Tx1的相位。
此外，调制部30将发送信号Tx的第二个扫频S1002的信号的相位仅旋转由第一符号列的第二个符号的值“π”所示的相位旋转量(+180°)。与下文相同，调制部30依次适用第一符号列的符号的值，实施相位调制，将发送信号Tx1的第500个扫频S1500的信号的相位仅旋转由第一符号列的第500个的符号的值“π”所示的相位旋转量(+180°)。
在该例子中，例如发送信号Tx1的第5个扫频S1005的信号仅相位旋转由第一符号列的第5个符号的值“0”所示出的相位旋转量(+0°)。此时，实际上不进行相位旋转，第5个扫频S1005的发送信号Tx1维持原相位。
与上述发送信号Tx1的相位调制同时，在与发送天线42～44对应设置的调制部30中，分别应用由符号产生部20产生的从第二符号列到第四符号列，在每个扫频中实施由信号产生部10产生的发送信号Tx2～Tx4的相位调制。即，与发送天线42对应的调制部30应用由符号产生部20产生的第二符号列，对由信号产生部10产生的发送信号Tx2的扫频S2001～S2500相位调制。
此外，与发送天线43对应的调制部30应用由符号产生部20产生的第三符号列，对由信号产生部10产生的发送信号Tx3的扫频S3001～S3500相位调制。此外，与发送天线44对应的调制部30应用由符号产生部20产生的第四符号列，对由信号产生部10产生的发送信号Tx4的扫频S4001～S4500进行相位调制。
被与发送天线41～44对应的调制部30相位调制后的各信号分别从发送天线41～44发送。若向目标照射从发送天线41～44发送来的信号的电波，则产生其反射波。来自目标的反射波分别在接收天线51～56接收。此时，例如在接收天线51中接收从发送天线41～44发送的信号。同样地，例如在接收天线52～56的各个中，接收从发送天线41～44发送的信号。
接着，说明雷达装置1的接收动作。
在此，为了简化说明，着眼于与接收天线51对应设置的接收部60的动作，进行说明。
图3是用于说明本发明的实施方式的雷达装置1的接收部60的接收动作的流程的图。此外，图4A～图4C是用于补充说明本发明的实施方式的雷达装置1的动作的图，图4A示出检波部61的输出波形的一例，图4B示出积分部63的输出波形的一例，图4C示出信号处理部70的输出波形的一例。
通过接收侧的接收天线51～56的各个，接收作为从全体的发送天线41～44发送的发送信号的线形结合的信号。构成与接收天线51对应的接收部60的检波部61虚拟/数字转换由接收天线51接收的接收信号(步骤ST1)。构成与其他的接收天线52～56对应的接收部60的检波部61也同样地，模拟/数字转换由接收天线52～56分别接收的接收信号。因此，由6个接收天线51～56的各个接收的接收信号被检波部61模拟/数字转换。
接着，与接收天线51对应的检波部61对由接收天线51接收而除去干扰成分的接收信号，实施频率方向的“傅里叶变换”(当要求高速时，也可以是高速傅里叶变换(FFT)。)(步骤ST2)。具体而言，构成检波部61的检波处理部61001对在接收天线51接收发送信号Tx1～Tx4的第一个扫频S1001、S2001、S3001、S4001而得到的混合信号实施频率方向的傅里叶变换。
此外，检波处理部61002对于在接收天线51接收发送信号Tx1～Tx4的第2个扫频S1002、S2002、S3002、S4002而得到的混合信号实施频率方向的傅里叶变换。与下文同样地，检波处理部61500对在接收天线51接收发送信号Tx1～Tx4的第500个扫频S1500、S2500、S3500、S4500而得到的混合信号实施频率方向的傅里叶变换。通过该傅里叶变换，检波部61实施目标距离的提取。在图4A例示的检波部61的输出波形中，混合使用从上述第一符号列到第四符号列分别被符号化的发送信号Tx1～Tx4的信号成分。
与接收天线51对应的检波部61在上述频率方向的傅里叶变换的处理的过程中，提取到目标的距离r，生成与距离r相关的信息。与接收天线52～56对应的检波部61也同样地，对于除去干扰成分的信号实施频率方向的傅里叶变换。因此，通过6个接收天线51～56的各个接收的接收信号在频率方向被分别与接收天线51～56对应设置的检波部61傅里叶变换。在此，被分别与接收天线51～56对应设置的检波部61通过傅里叶变换而得到的信号是包含从发送天线41～44分别发送的发送信号Tx1～Tx4的各信号成分的混合信号。
接着，解调部62对从检波部61的检波处理部61001～61500分别输出的混合信号，实施符号解调处理(逆符号化处理)(步骤ST3)。即，与检波处理部61001对应设置的解调部62的解调处理部621对从检波处理部61001输出的混合信号实施在通过发送侧的调制部30对发送信号Tx1的第1个扫频实施的相位调制的逆处理的逆相位调制。具体而言，解调处理部621使用与第一符号列的第1个符号对应的逆符号，使从检波处理部61001输出的信号的相位仅旋转-180°。
与检波处理部61001对应设置的解调部62的解调处理部622对从检波处理部61001输出的混合信号实施逆相位调制，逆相位调制是发送侧的调制部30对发送信号Tx2的第1个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部622使用与第二符号列的第1个符号对应的逆符号，使从检波处理部61001输出的信号的相位仅旋转-0°。这种情况下，实际上不进行相位旋转，维持原相位。
与检波处理部61001对应设置的解调部62的解调处理部623对从检波处理部61001输出的混合信号实施逆相位调制，逆相位调制是发送侧的调制部30对发送信号Tx3的第1个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部623使用与第三符号列的第1个符号对应的逆符号，使从检波处理部61001输出的信号的相位仅旋转-0°。这种情况下，也实际上不进行相位旋转，维持原相位。
与检波处理部61001对应设置的解调部62的解调处理部624对从检波处理部61001输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制相当于发送侧的调制部30对发送信号Tx4的第1个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部624使用与第四符号列的第1个符号对应的逆符号，在与发送侧的相位调制的逆方向上，使从检波处理部61001输出的信号的相位旋转-180°。
这样，在与检波处理部61001对应设置的解调处理部621～624中，对于从检波处理部61001输出的混合信号，使用与第一符号列、第二符号列、第三符号列、第四符号列的各第1个符号对应的逆符号，进行逆相位调制。
此外，与检波处理部61002对应设置的解调部62的解调处理部621对从检波处理部61002输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx1的第2个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部621使用与第一符号列的第2个符号对应的逆符号，使从检波处理部61002输出的信号的相位仅旋转-180°。
与检波处理部61002对应设置的解调部62的解调处理部622对从检波处理部61002输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx2的第2个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部622使用与第二符号列的第2个符号对应的逆符号，使从检波处理部61002输出的信号的相位仅旋转-180°。
与检波处理部61002对应设置的解调部62的解调处理部623对从检波处理部61002输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx3的第2个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部623使用与第三符号列的第2个符号对应的逆符号，使从检波处理部61002输出的信号的相位仅旋转-180°。
与检波处理部61002对应设置的解调部62的解调处理部624对从检波处理部61002输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx4的第2个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部624使用与第四符号列的第2个符号对应的逆符号，在发送侧的相位调制的逆方向上使从检波处理部61001输出的信号的相位仅旋转-0°。此时，混合信号的相位维持原相位。
这样，在与检波处理部61002对应设置的解调处理部621～624中，对于从检波处理部61002输出的混合信号，使用与第一符号列、第二符号列、第三符号列、第四符号列的各第2个符号对应的逆符号，进行逆相位调制。
并且，与检波处理部61003对应设置的解调部62的解调处理部621对从检波处理部61003输出的混合信号实施逆相位调制，逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx1的第3个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部621使用与第一符号列的第3个符号对应的逆符号，使从检波处理部61003输出的信号的相位旋转-180°。
与检波处理部61003对应设置的解调部62的解调处理部622对从检波处理部61003输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx2的第3个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部622使用与第二符号列的第3个符号对应的逆符号，使从检波处理部61003输出的信号的相位旋转-180°。
与检波处理部61003对应设置的解调部62的解调处理部623对从检波处理部61003输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx3的第3个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部623使用与第三符号列的第3个符号对应的逆符号，使从检波处理部61003输出的信号的相位仅旋转-0°。此时，混合信号的相位维持原相位。
与检波处理部61003对应设置的解调部62的解调处理部624对从检波处理部61003输出的混合信号实施逆相位调制，所述逆相位调制是在发送侧的调制部30对发送信号Tx4的第3个扫频实施的相位调制的逆处理。具体而言，解调处理部624使用与第四符号列的第3个符号对应的逆符号，在发送侧的相位调制的逆方向上使从检波处理部61003输出的信号的相位仅旋转-180°。
这样，在与检波处理部61003对应设置的解调处理部621～624中，对于从检波处理部61003输出的混合信号，使用与第一符号列、第二符号列、第三符号列、第四符号列的各第3个符号对应的逆符号，进行逆相位调制。
与下文相同，在与检波处理部61500对应设置的解调处理部621～624中，对于从检波处理部61500输出的混合信号，使用与第一符号列、第二符号列、第三符号列、第四符号列的各第500个符号对应的逆符号，进行逆相位调制。
如上所述，解调部62对于从检波部61输出的混合信号，在每个扫频切换逆符号，实施符号解调处理(逆符号化处理)。
若在后述积分部63的积分处理之前，则解调部62的符号解调处理可以在任意阶段实施。
接着，积分部63通过对由解调部62解调的信号实施时间方向上的傅里叶变换，积分与检波处理部61001～61500的各个对应设置的解调处理部621～624的输出信号(步骤ST4)。该积分的结果从对应的发送天线发送的发送信号中分辨信号成分而获得。
这种积分可以通过以下的任何方式实现。
(1)保留相位信息而进行的算术加法
(2)校正相对于目标的移动速度的多普勒相位的相干积分
此外，上述相干积分可以在下面的任何方式下进行，在该过程中，可以在各成分中通过窗函数等的权重的乘算，实现不同的多普勒成分的干扰对策。
(a)关于目标，校正示出作为已知的速度的多普勒相位。
(b)以任意速度为前提进行，校正示出该速度的多普勒相位。
在这种处理的基础上，积分部63提取目标的速度v，生成与该速度v相关的信息。
若具体说明，则构成积分部63的积分处理部631积分与检波处理部61001～61500的各个对应设置的解调处理部621的各输出信号。积分处理部631输出示出该积分的运算结果F00(v，r)的接收信号Rx11。在图4B例示的积分处理部631的输出波形中，上述发送信号Tx1～Tx4的信号成分中，仅识别并包含发送信号Tx1的信号成分。
构成积分部63的积分处理部632积分与检波处理部61001～61500的各个对应设置的解调处置部622的各输出信号。积分处理部632输出示出该积分的运算结果F10(v，r)的接收信号Rx12。此外，构成积分部63的积分处理部633积分与检波处理部61001～61500的各个对应设置的解调处置部623的各输出信号。积分处理部633输出示出该积分的运算结果F20(v，r)的接收信号Rx13。
构成积分部63的积分处理部634积分与检波处理部61001～61500的各个对应设置的解调处置部624的各输出信号。积分处理部634输出示出该积分的运算结果F30(v，r)的接收信号Rx14。
在上述时间方向上的傅里叶变换的运算结果F00(v，r)～F30(v，r)的各个中，包含与目标的速度v相关的信息和与到目标的距离r相关的信息作为与接收天线51对应的接收信息。
与上述接收天线51对应设置的接收部60同样地，在与其他接收天线52～56对应设置的接收部60中也实施同样的接收处理。而且，接收信号Rx1～Rx6从与接收天线51～56的各个对应设置的接收部60分别被供给到信号处理部70。
如上所述，在接收部60的接收处理的过程中，在积分部63的积分处理(多普勒处理)之前的阶段，由解调处理部621～624，对于检波发送信号Tx1～Tx4而得到的混合信号的500个扫频，实施作为与发送侧为逆处理的逆相位调制。此时，若着眼于与检波处理部61001～61500对应设置的500个解调处理部621的输出，则对于从检波处理部61001～61500分别输出的混合信号，实施与使用发送侧的调制部30的第一符号列的相位调制相逆的相位调制。其结果，在解调处理部621的输出信号中，提高发送信号Tx1的信号成分出现的概率。
对此，在发送侧使用与第一符号列不同的第二符号列、第三符号列、第四符号列进行相位调制的发送信号Tx2、Tx3、Tx4的各信号成分，在解调处理部621中，若实施与使用了第一符号列的相位调制相逆的调制，则发送信号Tx2～Tx4的各信号成分扩散而成为噪音，该信号成分出现在解调处理部621的输出信号的概率降低。
因此，如果在积分处理部631积分与检波处理部61001～61500对应设置的500个解调处理部621的输出信号，则能够从由检波处理部61001～61500输出的混合信号中识别发送信号Tx1的信号成分。这一点在积分处理部631的积分处理中，表示实施发送信号Tx1的正交分离。
同样地，对于从检波处理部61001～61500分别输出的混合信号，在解调处理部622中，如果实施与使用了第二符号列的相位调制相逆的相位调制，则在解调处理部622的输出信号中，发送信号Tx2的信号成分出现的概率升高。因此，如果在积分处理部632积分与检波处理部61001～61500对应设置的500个解调处理部622的输出信号，则能够从由检波处理部61001～61500输出的混合信号中识别发送信号Tx2的信号成分。这一点在积分处理部632的积分处理中，表示实施发送信号Tx2的正交分离。
同样地，对于从检波处理部61001～61500分别输出的混合信号，在解调处理部623中，若实施与使用了第三符号列的相位调制相逆的相位调制，则在解调处理部623的输出信号中，发送信号Tx3的信号成分出现的概率升高。因此，如果在积分处理部633积分与检波处理部61001～61500对应设置的500个解调处理部623的输出信号，则能够从由检波处理部61001～61500输出的混合信号中识别发送信号Tx3的信号成分。这一点在积分处理部633的积分处理中，表示实施发送信号Tx3的正交分离。
同样地，对于从检波处理部61001～61500分别输出的混合信号，在解调处理部624中，如果实施与使用了第四符号列的相位调制相逆的相位调制，则在解调处理部624的输出信号中，发送信号Tx4的信号成分出现的概率升高。因此，如果在积分处理部634积分与检波处理部61001～61500对应设置的500个解调处理部624的输出信号，则能够从由检波处理部61001～61500输出的混合信号中识别发送信号Tx4的信号成分。这一点在积分处理部634的积分处理中，表示实施发送信号Tx4的正交分离。
信号处理部70从与上述接收天线51～56对应设置的接收部60的积分部63输出的接收信号Rx1～Rx4提取目标方位角θ，生成与该方位角θ相关的信息(步骤ST5)。在本实施方式中，信号处理部70通过对从积分部63输出的接收信号Rx1～Rx6，实施规定的波束形成处理，提取目标的方位角θ，生成与方位角θ相关的信息。
如图4C所示，通过信号处理部70的波束形成处理，得到包含表示目标的方位角θ的主瓣的波形。
信号处理部70输出与目标的速度v相关的信息、与到目标的距离r相关的信息、与目标的方位角θ相关的信息作为波束形成处理的运算结果F(v，r，θ)。
如上所述，接收部60在通过检波部61进行距离提取的阶段不进行信号的正交分离，通过解调部62实施逆相位解调信号，将相位还原为以前后，在通过积分部63进行速度提取的阶段，实施正交分离。由此，形成MIMO的假想阵列。
图5A～图5F是示出本发明的实施方式的雷达装置1的动作的模拟结果的图。在该模拟实验中，使用M系列分别产生第一符号列至第四符号列，将速度测量范围设定在±53km/h。
图5A～图5C示出作为模拟的条件，将目标距离设定为100m，将目标的速度设定为速度测量范围内的-10km/h，将目标的方位角设定为-30°时的模拟结果，图5A示出目标的距离的模拟结果，图5B示出目标的速度的模拟结果，图5C示出目标的方位角的模拟结果。
如图5A所示，通过模拟实验，作为到目标的距离r得到100.1m。此外，如图5B所示，通过模拟实验，作为目标的速度v得到-10km/h。并且，如图5C所示，通过模拟实验，作为目标的方位角θ得到-30°。从该模拟结果可知，能够确认能良好地测量目标的距离r、速度v、方位角θ。这表示通过使用了上述第一符号列到第四符号列的符号化处理以及逆符号化处理，能够正交分离发送信号Tx1～Tx4。
图5D～图5F示出作为模拟的条件，将目标的距离设定为100m，将目标的速度设定为超过速度测量范围的200km/h，将目标的方位角设定为-30°时的模拟结果，图5D示出目标的距离r的模拟结果，图5E示出目标的速度v的模拟结果，图5F示出目标的方位角θ的模拟结果。
如图5A所示，通过模拟实验，作为到目标的距离r得到98m。此外，如图5C所示，通过模拟实验，作为目标的方位角θ得到-30°。对此，如图5B所示，作为目标的速度v，得到与设定值(200km/h)不同的-12.3km/h。但是，即便是超过速度测量范围的速度，也能够确认能够形成假想阵列。
根据上述实施方式，能够在接收侧识别从发送天线41～44同时发送的发送信号Tx1～Tx4的各信号成分。因此，能够缩短接收信号的抽样时间。因此，不会降低可测量的速度的上限。
此外，根据上述实施方式，关于6个接收天线51～56的各个，接收从4个发送天线41～44分别发送的发送信号，能够得到24类识别后的接收信号。这表示能够得到与使用24个天线时相同的天线性能。因此，根据上述实施方式，能够抑制天线元件的增加，并能改善天线的基本性能，尤其能够改善方位角的分辨率。
此外，根据上述实施方式，能够将多个发送信号Tx1～Tx4的各频率带设定在相同带域。因此，能够设定使用的频率带域为狭长，能够使用狭长的频率带域检测目标。
此外，根据上述实施方式，无需在接收部60实施相位调整(Phase Adjust：相位调整)。因此，能够简化接收部60的处理以及构成。
此外，根据上述实施方式，仅通过在每个扫频切换符号实现信号的正交分离。由此，能够通过软件实现与正交分离相关的处理，无需硬件的追加或变更。因此，能够实现硬件构成的简化以及小规模化，并且能够实现相对于雷达方式的标准化。
此外，根据上述实施方式，由于不使用高速符号，能够缩窄接收侧的带域。因此，能够实现与FMCW方式的雷达的亲和性优异的正交分离方式。
此外，根据上述实施方式，由于在扫频内符号不变化，不会向符号化脉冲方式那种硬件导致的扩大信号变形。因此，能够抑制起因于信号变形导致的特性的劣化，能够抑制乱真信号等的产生。
此外，根据上述实施方式，与使用符号化脉冲方式识别信号的情况相比，检波部61在模拟/数字转换的抽样频率在几MHz程度就足够。因此，能够使用低速的模拟/数字转换器实现检波部61。
在上述实施方式中，将本发明作为雷达装置1表现，但本发明也能够作为在雷达装置1中实施的信号识别方法表现。此时，本发明的实施方式的信号识别方法是通过雷达装置的信号识别方法，所述雷达装置包括：多个发送天线；信号产生部，产生从所述多个发送天线分别发送的多个发送信号；符号产生部，产生与所述多个发送天线对应的彼此不同的多个符号列；调制部，根据所述多个符号列，相位调制由所述信号产生部产生的多个发送信号，分别供给到所述多个发送天线；多个接收天线；以及多个接收部，与所述多个接收天线对应，所述多个接收部包括：检波阶段，检波由对应的接收天线接收接收信号；解调阶段，根据所述多个符号列，逆相位调制在所述检波阶段被检波的信号并解调；以及积分阶段，积分在所述解调阶段被解调的信号，生成与所述多个发送信号对应的信号。
此外，本发明也能够作为正交分离装置表现。此时，本发明的正交分离装置若将发送侧的天线的个数设为M(M为任意的自然数)，将接收侧的天线的个数设为N(N为任意的自然数)，则本发明的正交分离装置包括：解调部，通过从多个M的天线同时发送相位分别不同的作为已知的离散值的列而设定的多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的解调处理，生成所述多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)；以及相位调整部，根据所述已知的离散值的列，收集多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。此外，本发明的正交分离装置还可以包括：积分部，在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对相当于单独到达所述多个N的天线的脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线单独对应的接收波S1～SN。
此外，本发明也能够作为正交分离方法表现。此时，本发明的正交分离方法包括：通过同时发送相位分别不同的作为已知的离散值的列而设定的多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的解调处理，生成所述多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)，根据所述已知的离散值的列，收集多个P的解调信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。在该正交分离方法中，可以在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对相当于单独到达所述多个N的天线的脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线单独对应的接收波S1～SN。
此外，在本实施方式中，将本发明适用于FMCW雷达的发送系统以及接收系统的空中线系统。
但是，本发明不限定于这种FMCW雷达，对于MIMO方式的脉冲雷达或脉冲压缩雷达也能够同样地应用从目标物发送来的作为反射波到达的脉冲波的正交分离。
此外，本发明不限定于这种雷达，发送波以及接收波是脉冲波，且相位若在每个发送用的天线不同的作为已知的离散的值设定，则无论应通过脉冲波输送的输送信息以及调制方式如何，能够应用多种MIMO无线输送系统。
此外，在这种情况下，应通过已述的检波部61(检波处理部61001、61002、61003、……、61500)进行的处理必须通过应用本发明的雷达或MIMO输送系统的调制方式或多元连接方式的解调处理置换。
并且，在本实施方式中，在解调部62(解调处理部621～624)如已述信号的相位还原相位调制前的原相位(收集这些信号的相位)之后，例如，在仅应进行下述的处理的情况下，可以不设置积分部63(积分处理部631～634)。
(1)基于相关审定的希望的信号的提取或识别的处理
(2)通过仅适当组合MIMO输送路的一部分而进行的波束形成
在上文中，说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够进行变更、附加、置换等。
符号的说明
1、雷达装置 10、信号产生部
20、符号产生部 30、调制部
40、发送天线阵列 41～44、发送天线
50、接收天线阵列 51～56、接收天线
60、接收部 61、检波部
61001～61004、检波处理部(FFT) 62、解调部
621～624、解调处理部 63、积分部
631～634、积分处理部(FFT) 70、信号处理部。

Claims (4)

1.一种正交分离装置，包括：
检波部，通过利用多个发送天线的各个同时发送多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的检波处理，生成所述多个P的输出信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)，其中，利用所述多个发送天线的各个所发送的M个的脉冲波分别根据已知的离散值的符号列中所包含的一个符号值进行相位调制，所述符号列针对每个所述发送天线而不同；以及
相位调整部，根据所述已知的离散值的符号列，收集多个P的输出信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。
2.根据权利要求1所述的正交分离装置，还包括：
积分部，在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对单独到达所述多个N的天线的相当于脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线分别对应的接收波S1～SN。
3.一种正交分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过利用多个发送天线的各个同时发送多个M个的脉冲波，对分别到达多个N的天线的多个P(＝M×N)的脉冲波(R11～R1M)、……、(RN1～RNM)，实施与每个所述多个N的天线对应的检波处理，生成所述多个P的输出信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)，其中，利用所述多个发送天线的各个所发送的M个的脉冲波分别根据已知的离散值的符号列中所包含的一个符号值进行相位调制，所述符号列针对每个所述发送天线而不同；以及
根据所述已知的离散值的符号列，收集多个P的输出信号(R’11～R’1M)、……、(R’N1～R’NM)的相位的差异，生成多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)。
4.根据权利要求3所述的正交分离方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述多个P的同相信号(r11～r1M)、……、(rN1～rNM)内，对单独到达所述多个N的天线的相当于脉冲波的每个同相信号的组合(r11～rN1)、……、(r1M～rNM)积分，得到与所述多个N的天线单独对应的接收波S1～SN。
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