CN110325873B - 雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的雷达装置(100、200)具有：发送阵列天线(3)，其从多个发送天线发送相互正交的信号；接收阵列天线(4)，其通过多个接收天线接收被目标反射的信号；信号处理部(6、26)，其根据由多个接收天线接收的接收信号对目标进行检测，信号处理部(6、26)具有：分离部(10)，其将由多个接收天线接收的接收信号分离为与多个发送天线的发送信号对应的信号；相关矩阵计算部(11、18)，其根据由分离部分离后的接收信号，求出与发送阵列天线对应的第1相关矩阵和与接收阵列天线对应的第2相关矩阵；以及检测部(13)，其根据使用第1和第2相关矩阵的特征向量而计算出的评价值对目标进行检测。由此，能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时，对多个目标反射波进行分离检测。

Description

雷达装置
技术领域
本发明涉及对移动物体和静止物体等观测对象进行检测的雷达装置。
背景技术
为了提高雷达装置的角度分辨率，需要扩大天线开口。但是，天线的大型化受到成本和设置性的方面的限制。因此，将多个发送天线和接收天线分散配置，形成等价的大开口的阵列天线，从而能够在防止天线个体的大型化的同时实现角度分辨率的提高。将像这样的天线称为分散阵列天线。
但是，如果通过分散阵列天线构成以搜索覆盖区域中的目标检测为目的的搜索雷达，则主瓣的波束宽度变窄，搜索效率劣化。因此，针对分散阵列天线而应用MIMO(Multi-Input Multi-Output：多输入多输出)雷达技术，通过接收信号处理来形成多波束发送，从而能够防止由波束宽度减少导致的搜索效率的劣化。另外，通过应用MIMO雷达技术，还能够提高测角精度(非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：J.Li and P.Stoica、“MIMO Radar with Colocated Antennas、”IEEE Signal Process.Mag.、vol.24、no.5、p.106-114、2007.
发明内容
发明要解决的课题
但是，虽然通过采用分散阵列结构而使角度分辨率提高，但会使波束旁瓣上升。如果波束旁瓣上升，则在来自多个目标的反射波从相同范围的不同方向到来的情况下，来自接收强度较小的目标的反射波被接收强度较大的目标的波束旁瓣埋没。其结果为，存在不能分离多个目标进行检测的问题。
本发明就是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时，分离检测多个目标反射波的雷达装置。
用于解决课题的手段
本发明的雷达装置具有：发送阵列天线，其从多个发送天线发送相互正交的信号；接收阵列天线，其通过多个接收天线接收被目标反射的信号；以及信号处理部，其根据由多个接收天线接收的接收信号对目标进行检测，其特征在于，信号处理部具有：分离部，其将由多个接收天线接收的接收信号分离为与多个发送天线的发送信号对应的信号；相关矩阵计算部，其根据由分离部分离后的接收信号，求出与发送阵列天线对应的第1相关矩阵和与接收阵列天线对应的第2相关矩阵；以及检测部，其根据使用第1相关矩阵的特征向量和第2相关矩阵的特征向量而计算出的评价值，对目标进行检测。
发明效果
根据本发明的雷达装置，通过像上述那样的结构，能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时，分离检测来自多个目标的反射波。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的雷达装置的硬件结构图。
图2是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号处理部的结构的功能结构图。
图3是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号处理部的动作的流程图。
图4是示出本发明的实施方式1的雷达装置的天线配置的一例的图。
图5是示出现有的雷达装置的波束形成器的输出的一例的图。
图6是示出本发明的实施方式1的雷达装置的评价值的一例的图。
图7是示出本发明的实施方式3的雷达装置的信号处理部的结构的功能结构图。
图8是示出本发明的实施方式3的雷达装置的信号处理部的动作的流程图。
具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。在各图中，对同一或者相同的结构部分标注相同的标号。另外，以下的实施方式是本发明的一例，本发明不限定于以下的实施方式。另外，以下的说明的目标是雷达装置的观测对象，包含移动物体和静止物体等。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1的雷达装置100的硬件结构的一例的图。在图1中，本发明的雷达装置100包含收发控制装置1、发送器2-1～2-M、发送阵列天线3、接收阵列天线4、接收器5-1～5-N以及信号处理部6。发送阵列天线3由发送天线3-1～3-M构成。接收阵列天线4由接收天线4-1～4-N构成。发送通道数量M和接收通道数量N都是2以上的自然数。M和N不需要是相同数字。信号处理部6包含输入接口7、运算器8以及存储器9。
收发控制装置1将生成相互正交的发送信号所需要的发送信号信息和发送定时信息向发送器2-1～2-M传送。另外，收发控制装置1将生成接收信号所需要的接收定时信息向接收器5-1～5-N传送。此外，收发控制装置1将发送信号信息、发送定时信息以及接收定时信息向信号处理部6传送。
发送器2-1～2-M使用从收发控制装置1传送的发送信号信息和发送定时信息而进行发送波的调制和放大，分别向对应的发送天线3-1～3-M输出。
发送天线3-1～3-M向空间辐射从发送器2-1～2-M输出的发送波。
接收天线4-1～4-N接收在从发送天线3-1～3-M辐射之后被目标反射而返回的发送波、即来自目标的反射波，分别向对应的接收器5-1～5-N输出。
接收器5-1～5-N根据从收发控制装置1传送的接收定时信息，对由接收天线4-1～4-N接收的反射波进行放大、频率转换以及A/D(Analog to Digital)转换，从而生成接收信号。将接收信号向信号处理部6传送。
信号处理部6根据从收发控制装置1传送的发送信号信息和定时信息，对接收信号进行信号处理，从而进行目标检测和目标位置估计。
输入接口7从接收器5-1～5-N取得A/D转换后的接收信号，从收发控制装置1取得发送信号信息、发送定时信息以及接收定时信息。将取得的信息向运算器8或存储器9传送。
作为与接收器5-1～5-N之间的输入接口7，例如能够使用PCI(PeripheralComponent Interconnect：外设元件互连)、PCI Express、VME(Versa Module Eurocard)、USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)等通信接口。作为与收发控制装置1之间的输入接口7，例如能够使用以太网(注册商标)等通信接口。
运算器8使用经由输入接口7取得的信息，对从接收器5-1～5-N传送的接收信号进行信号处理运算。作为运算器8，例如能够使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)和FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等。
存储器9保持记录有由运算器8进行的信号处理的内容的程序、运算途中的接收信号、参数以及经由输入接口7取得的信息等。
图2是本发明的实施方式1的信号处理部6的功能结构图。在图2中，信号处理部6由分离部10-1～10-N、发送阵列相关矩阵计算部11-1、接收阵列相关矩阵计算部11-2、发送阵列特征值展开部12-1、接收阵列特征值展开部12-2以及检测部13构成。另外，以下，有时将分离部10-1～10-N统称为分离部10。另外，将发送阵列相关矩阵计算部11-1和接收阵列相关矩阵计算部11-2统称为相关矩阵计算部11。将发送阵列特征值展开部12-1和接收阵列特征值展开部12-2统称为特征值展开部12。
分离部10-1～10-N使用从收发控制装置1传送的信息，分别将由对应的接收天线4-1～4-N接收的接收信号按照每个发送信号进行分离。将分离后的接收信号向相关矩阵计算部11传送。
具体而言，分离部10-1将由接收天线4-1接收的接收信号分离成与从发送天线3-1～3-M传送的各个发送信号的波形对应的信号。同样，分离部10-N将由接收天线4-N接收的接收信号分离成与从发送天线3-1～3-M传送的各个发送信号的波形对应的信号。将分离后的接收信号向发送阵列相关矩阵计算部11-1和接收阵列相关矩阵计算部11-2传送。
相关矩阵计算部11根据由分离部10-1～10-N按照每个发送信号进行分离后的接收信号求出相关矩阵。将求出的相关矩阵向特征值展开部12传送。
具体而言，发送阵列相关矩阵计算部11-1根据被分离部10-1～10-N分离后的接收信号，生成将与各发送天线3-1～3-M对应的接收信号作为要素的接收信号向量。即，根据被分离部10-1～10-N分离后的M×N个接收信号，生成N个将与同一接收天线对应的信号作为要素的接收信号向量。发送阵列相关矩阵计算部11-1使用该接收信号向量来求出相关矩阵。以下，将该相关矩阵称为发送阵列相关矩阵或第1相关矩阵。将发送阵列相关矩阵向发送阵列特征值展开部12-1传送。
另外，接收阵列相关矩阵计算部11-2根据被分离部10-1～10-N分离后的接收信号，生成将与各接收天线4-1～4-N对应的接收信号作为要素的接收信号向量。即，根据被分离部10-1～10-N分离后的M×N个接收信号，生成M个将与同一发送天线对应的N个信号作为要素的接收信号向量。接收阵列相关矩阵计算部11-2使用该接收信号向量求出相关矩阵。以下，将该相关矩阵称为接收阵列相关矩阵或第2相关矩阵。将接收阵列相关矩阵向接收阵列特征值展开部12-2传送。
特征值展开部12对由相关矩阵计算部11求出的相关矩阵进行特征值展开，得到特征值和特征向量。将特征值和特征向量向检测部13传送。
具体而言，发送阵列特征值展开部12-1对由发送阵列相关矩阵计算部11-1求出的发送阵列相关矩阵进行特征值展开，得到特征值和特征向量。将特征值和特征向量向检测部13传送。
另外，接收阵列特征值展开部12-2对由接收阵列相关矩阵计算部11-2求出的接收阵列相关矩阵进行特征值展开，得到特征值和特征向量。将特征值和特征向量向检测部13传送。将特征值和特征向量向检测部13传送。
检测部13使用由发送阵列特征值展开部12-1和接收阵列特征值展开部12-2得到的特征值和特征向量对评价值进行计算，根据该评价值对多个目标进行分离检测和到达角估计。
通过由运算器8执行存储于存储器9的程序，来实现分离部10-1～10-N、发送阵列相关矩阵计算部11-1、接收阵列相关矩阵计算部11-2、发送阵列特征值展开部12-1、接收阵列特征值展开部12-2以及检测部13的功能。
另外，通过输入接口7实现分离部10-1～10-N的功能中的从接收器5-1～5-N取得接收信号的功能以及从收发控制装置1取得发送信号信息和定时信息的功能。
接下来，参照图3，对本发明的实施方式1的雷达装置100的信号处理部6的动作进行说明。图3是示出本发明的实施方式1的信号处理部6的动作的流程图。
在步骤S1中，分离部10-1～10-N分别取得由接收天线4-1～4-N接收的接收信号。另外，分离部10-1～10-N取得从收发控制装置1传送的发送信号信息和定时信息。
在步骤S2中，分离部10-1～10-N将由接收天线4-1～4-N接收的接收信号分别分离为与发送天线3-1～3-M的发送信号的波形对应的信号。针对发送信号的分离，例如在传送方式为标号MIMO方式的情况下，使用发送信号副本的匹配滤波。
在步骤S3中，发送阵列相关矩阵计算部11-1和接收阵列相关矩阵计算部11-2从作为评价对象的整个范围之中选择一个范围，从在步骤S2中分离为与发送信号对应的信号后的接收信号中提取所选择的范围的样本。
这里，对按照每个范围提取样本的理由进行说明。
通常，匹配滤波通过后的目标反射波被压缩为仅1个范围样本或少数的范围样本，因此需要按照每个范围样本来实施目标的分离检测和测角处理。在为了方便，而考虑采用相互完全正交的发送信号时，利用公式(1)的M×N矩阵X来表示某个范围的根据匹配滤波通过后的接收信号而生成的接收信号向量。换言之，能够像公式(1)那样，汇总于1个矩阵来表示将与各发送天线3-1～3-M对应的接收信号作为要素的N个接收信号向量、或者将与各接收天线4-1～4-N对应的接收信号作为要素的M个接收信号向量。按照每个范围而得到矩阵X。其中，K示出该范围的目标数量，uk示出第k个目标反射波的到来方向向量，βk示出复系数，at(u)、ar(u)示出各个发送阵列/接收阵列转向向量，Z示出匹配滤波通过后的噪音成分。上标T表示转置。另外，在数学式之中将矩阵和向量加粗示出，但在本文中未加粗。
[数学式1]
Figure GDA0002172861480000061
再次返回流程图的说明。
在步骤S4中，发送阵列相关矩阵计算部11-1使用根据在步骤S3中分离的接收信号而生成的接收信号向量，求出发送阵列相关矩阵。具体而言，发送阵列相关矩阵计算部11-1使用由接收信号向量构成的矩阵X，来求出公式(2)所示的发送阵列相关矩阵Rt，其中，该接收信号向量是根据分离为与发送信号对应的信号后的接收信号而生成的。另外，上标H表示复共轭转置。
将由发送阵列相关矩阵计算部11-1求出的发送阵列相关矩阵Rt向发送阵列特征值展开部12-1发送。
[数学式2]
Rt＝XXH/N (2)
在步骤S5中，发送阵列特征值展开部12-1对步骤S4中求出的发送阵列相关矩阵Rt进行特征值展开。特征值展开后的特征值和特征向量满足公式(3)的关系。其中，λk示出在将发送阵列相关矩阵Rt的特征值按照值从大到小的顺序进行排列的情况下的第k个特征值(k为1以上且M以下的自然数、λ1≥λ2≥…)，et，k示出与特征值λk对应特征向量。
将由发送阵列特征值展开部12-1得到的特征值和特征向量向检测部13发送。
[数学式3]
Figure GDA0002172861480000071
在步骤S6中，接收阵列相关矩阵计算部11-2使用根据步骤S3中分离后的接收信号而生成的接收信号向量，求出接收阵列相关矩阵。具体而言，接收阵列相关矩阵计算部11-2使用由接收信号向量构成的矩阵X，求出公式(4)所示的接收阵列相关矩阵Rr，其中，该信号向量是根据分离为与发送信号对应的信号后的接收信号而生成的。
将由接收阵列相关矩阵计算部11-2求出的接收阵列相关矩阵Rr向接收阵列特征值展开部12-2发送。
[数学式4]
Rr＝XT(XT)H/M (4)
在步骤S7中，接收阵列特征值展开部12-2对在步骤S6中求出的接收阵列相关矩阵Rr进行特征值展开。特征值展开后的特征值和特征向量满足公式(5)的关系。其中，λk示出在将接收阵列相关矩阵Rr的特征值按照值的从大到小的顺序进行排列的情况下的第k个特征值(k为1以上且N以下的自然数、λ1≥λ2≥…)，er，k示出与特征值λk对应的特征向量。
将由接收阵列特征值展开部12-2得到的特征值和特征向量向检测部13发送。
[数学式5]
Figure GDA0002172861480000072
在步骤S8中，检测部13根据在步骤S5和步骤S7中求出的特征值和特征向量，对用于目标检测和测角的评价值进行计算。作为一例，能够使用像公式(6)那样的评价值。
[数学式6]
Figure GDA0002172861480000081
在步骤S9中，检测部13使用评价值Pk(u)对目标进行检测，该评价值Pk(u)是一边使到来方向向量u相对于与规定的值以上的特征值对应的特征向量(以下，也称为目标信号特征向量)变化一边计算出的。例如，能够使用与规定的值以上的特征值λk对应的特征向量et，k、er，k，使到来方向向量u变化的同时求出评价值Pk(u)，并且判定为目标反射波是从与评价值Pk(u)为接近1的值时的到来方向向量u对应的方向到来的。在规定的值以上的特征值存在两个的情况下，求出使用与值最大的特征值λ1对应的特征向量et，1、er，1的评价值P1(u)、以及使用与值第2大的特征值λ2对应的特征向量et，2、er，2的评价值P2(u)，在各个评价值中，只要对来自目标的反射波的有无和到来方向进行判定即可。
在步骤S10中，发送阵列相关矩阵计算部11-1和接收阵列相关矩阵计算部11-2对是否针对要选择的全部范围进行了评价(即，是否在全部的范围实施了步骤S3至步骤S9的处理)进行判定，在已经完成的情况下(是)，结束处理。在没有完成的情况下(否)，返回步骤S3，将下一个范围作为对象而开始处理。
在本实施方式的雷达装置100中，能够将从不同方向到达的多个目标反射波分离而进行检测，这里，一边与现有技术进行比较，一边对该理由进行说明。
首先，对现有技术进行说明。在分散阵列天线中，在波束旁瓣较高，且来自多个目标的反射波从同一范围的不同方向到达的情况下，存在如下课题：来自接收强度较小的目标的反射波被接收强度较大的目标的波束旁瓣埋没。从同一范围/多普勒的不同方向到达的多个目标反射波处于相互相干的关系，因此为了解决上述课题，需要进行相干波的分离。
针对相干波的分离，广泛使用空间平均法(非专利文献2)。但是，空间平均法需要能够使阵列天线分割为多个形状相同的子阵列或者能够分割为具有共轭中心对称性的子阵列，不是能够应用于任意形状的阵列天线的方法。另一方面，在雷达所使用的分散阵列天线中，为了防止栅瓣的产生，而较多采用不等间隔并且不具有对称性的天线配置，难以将空间平均法应用于分散阵列天线。
非专利文献2：S.U.Pillai、and B.H.Kwon、“Forward/backward spatialsmoothing techniques for coherent signal identification、”IEEE Trans.onAcoustics、Speech and Signal Processing、vol.37、pp.8-15、1989.
另外，作为活用MIMO雷达的特征的相干波的分离方法，提出有被称为GLRT(Generalized Likelihood Ratio Test：广义似然比检测)的方法(非专利文献3)以及被称为发送平均法(Transmission Diversity Smoothing：TDS)的方法(非专利文献4)。这些方法存在如下优点：如果使用MIMO雷达方式，则能够应用于任意的阵列形状。
非专利文献3：L.Z.Xu、J.Li、and P.Stoica、“Target detection and parameterestimation for MIMO radar systems、”IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.、vol.44、no.3、pp.927-939、2008.
非专利文献4：J.Tabrikian、and I.Bekkerman、“Transmission diversitysmoothing for multi-target localization、”Proceedings of the 2005IEEEInternational Conference on Acoustics、Speech、and Signal Processing、vol.4、iv/1041-iv/1044、2005.
但是，GLRT存在需要快照(snapshot)数量较多，运算负荷较高的问题。
另外，在发送平均法中，角度分辨率由接收阵列天线的开口长度决定。因此，相比于MIMO雷达的假想阵列天线(在接收阵列天线配置的基础上还考虑基于发送阵列天线配置的接收信号的相位旋转，而使假想的开口扩大的阵列天线)，开口长度较窄，其结果为，使角度分辨率劣化。此外，波束旁瓣也上升。
与此相对，在本发明的实施方式1的雷达装置100中，如公式(2)所示，将与各接收天线4-1～4-N对应的接收信号作为快照，求出发送阵列相关矩阵Rt。这相当于将MIMO雷达的假想阵列天线(M×N个)分割为与由发送天线3-1～3-M构成的发送阵列天线3形状相同并且与接收天线数量相同(N个)的子阵列的情况下的空间平均法的处理。由此，与空间平均法相同，在发送阵列相关矩阵Rt中，相干波间的相互相关成分被抑制，能够进行相干波分离。
另外，在雷达装置100中，如式(4)所示，将与各发送天线3-1～3-M对应的接收信号作为快照，求出接收阵列相关矩阵Rr。这相当于将MIMO雷达的假想阵列天线(M×N个)分割为与由接收天线4-1～4-N构成的接收阵列天线4形状相同并且与发送天线数量相同(M个)的子阵列的情况下的空间平均法的处理。由此，与空间平均法相同，在接收阵列相关矩阵Rr中，相干波间的相互相关成分被抑制，而能够进行相干波分离。
像以上那样，在本发明的实施方式1的雷达装置100中，利用如下性质而通过空间平均法实现相干波的分离：无论发送阵列天线3和接收阵列天线4采用哪一种阵列形状，都能够分割成与接收阵列天线4相同形状的子阵列以及分割成与发送阵列天线3相同形状的子阵列。
此外，作为现有方法的发送平均法是相当于仅利用上述接收阵列相关矩阵Rr的处理。但是，如果是仅通过接收阵列相关矩阵Rr求出的特征向量er，k，则角度分辨率和波束旁瓣由接收阵列天线形状决定，因此，相比于现有的MIMO雷达的假想阵列天线的角度分辨率和波束旁瓣而劣化。
与此相对，本发明的雷达装置100的信号处理部6的特征在于，与仅使用接收阵列相关矩阵的特征值和特征向量的现有的发送平均法不同，使用接收阵列相关矩阵Rr和发送阵列相关矩阵Rt的特征向量对评价值进行计算。除了利用接收阵列相关矩阵Rr以外，还利用发送阵列相关矩阵Rt来求出评价值，从而能够得到与现有的MIMO雷达的假想阵列天线同等的角度分辨率和波束旁瓣。
像以上那样，本发明的实施方式1的雷达装置100的特征在于，其具有：多个发送天线3-1～3-M，它们发送相互正交的信号；以及多个接收天线4-1～4-N，除了在现有方法的发送平均法中使用的接收阵列相关矩阵的计算(步骤S6)以及其特征值展开(步骤S7)的处理以外，还进行发送阵列相关矩阵的计算(步骤S4)和其特征值展开(步骤S5)的处理，使用双方的特征值和特征向量对评价值进行计算(步骤S8)。由此，在任意形状阵列中，能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时，对相干的多个目标反射波进行分离检测/测角。另外，任意形状阵列是指天线的配置可以是等间隔也可以是不等间隔，并且天线的配置可以是一维～三维中的任意情况。
接下来，参照图4～6，对本发明的实施方式1的雷达装置100的目标检测的一例进行说明。
图4是示出发送天线和接收天线的配置的一例的图。在图4中，横轴示出水平方向的配置位置，纵轴示出正交方向的配置位置。
图5是示出现有的雷达装置的检测结果的一例的图。在图5中，横轴示出反射波的到来方向，纵轴示出波束形成器的输出值。
图6是示出本发明的实施方式1的雷达装置100的检测结果的一例的图。在图6中，横轴示出反射波的到来方向，纵轴示出评价值。
如图4所示，MIMO雷达由6个发送天线、6个(M＝N＝6)接收天线的阵列天线构成。发送天线和接收天线都分别不等间隔地配置。另外，目标1的反射波从方位角0°方向到来，目标2的反射波从方位3°方向到来。
在目标1的接收功率比目标2的接收功率高10dB的情况下，在现有的固定权重的波束形成中，如图5所示，来自目标2的反射波被目标1的波束旁瓣埋没，不能对目标2进行分离检测。
另一方面，像本发明的实施方式的雷达装置100那样，如果使用公式(6)的评价值，则如图6所示，能够将目标1与目标2分离而进行检测。
另外，公式(6)所示的评价值利用了目标信号特征向量和转向向量的投影长度，但不限定于此，例如也可以使用像MUSIC(Multiple Signal Classification：多信号分类)法等那样的噪声子空间。在将发送阵列相关矩阵Rt的噪声子空间设为E Nt＝[et，K+1，et，K+2，…，et，M]，将接收阵列相关矩阵Rr的噪声子空间设为E Nr＝[er，K+1，er，K+2，…，er，N]时，能够使用例如以下那样的评价值。
[数学式7]
Figure GDA0002172861480000111
像以上那样，根据本实施方式1的雷达装置100，该雷达装置100构成为具有：发送阵列天线，其从多个发送天线发送相互正交的信号；接收阵列天线，其通过多个接收天线接收被目标反射的信号；以及信号处理部，其根据由多个接收天线接收的接收信号对目标进行检测，信号处理部具有：分离部，其将由多个接收天线接收的接收信号分离为与多个发送天线的发送信号对应的信号；相关矩阵计算部，其根据被分离部分离的接收信号，求出与发送阵列天线对应的第1相关矩阵以及与接收阵列天线对应的第2相关矩阵；以及检测部，其根据使用第1相关矩阵的特征向量和第2相关矩阵的特征向量而计算的评价值，对目标进行检测。这样，除了与接收阵列天线对应的第2相关矩阵的特征向量以外，还根据与发送阵列天线对应的第1相关矩阵的特征向量对目标进行检测，因此能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时对多个目标反射波进行分离检测。
另外，根据本实施方式1的雷达装置100，相关矩阵计算部将被分离部分离的接收信号中的各接收天线的接收信号作为快照来对第1相关矩阵进行计算，将与各发送天线对应的接收信号作为快照来对第2相关矩阵进行计算。这样，通过进行相当于空间平均法的处理，能够抑制相干波间的相互相关成分，从而能够进行相干波的分离。
另外，在本实施方式1的雷达装置100中，也可以构成为，使与规定的值以上的特征值对应的特征向量组合起来而对评价值进行计算。这样，不必使用全部的特征向量，而使用与值较大的特征值对应的特征向量，从而能够减少运算量，并且能够高精度地对目标进行检测。
实施方式2.
实施方式2是雷达装置100为脉冲命中方式的情况的变形例。
以与实施方式1不同的点为中心，对本实施的方式进行说明。
本发明的实施方式2的雷达装置10的变形例的结构与图1、2所示的结构相同，但相关矩阵计算部11的动作不同。使用图3所示的流程图对实施方式2的雷达装置100的动作进行说明。
在雷达装置100为脉冲命中方式的情况下，当在步骤S4中求出发送阵列相关矩阵Rt时，发送阵列相关矩阵计算部11-1将命中方向作为快照而使用。此时，能够通过公式(8)求出发送阵列相关矩阵Rt。其中，h表示命中序号，E[·]表示总体平均。
[数学式8]
Figure GDA0002172861480000121
同样，当在步骤S6中求出接收阵列相关矩阵Rr时，接收阵列相关矩阵计算部11-2将命中方向作为快照而使用。此时，能够通过公式(9)求出接收阵列相关矩阵Rr。
[数学式9]
Figure GDA0002172861480000122
使用由式(8)、(9)求出的相关矩阵Rt、Rr的特征向量来对评价值进行计算并根据该评价值对目标进行检测的处理能够与实施方式1的步骤S5和步骤S7以后的处理相同。
接下来，对其它的变形例进行说明。
本发明的实施方式2的其他的变形例的雷达装置100的结构与图1、2所示的结构相同，但分离部10、相关矩阵计算部11的动作不同。使用图3所示的流程图，对实施方式2的雷达装置100的其他的变形例的动作进行说明。
在雷达装置100为脉冲命中方式的情况下，在步骤S2中，分离部10-1～10-N将由接收天线4-1～4-N接收的接收信号分离为与发送信号的波形对应的信号之后，通过脉冲多普勒处理按照每个多普勒进行分离。
然后，在步骤S4中，发送阵列相关矩阵计算部11-1针对各多普勒求出发送阵列相关矩阵Rt。此时，能够通过公式(2)求出发送阵列相关矩阵Rt。
同样，在步骤S6中，接收阵列相关矩阵计算部11-2针对各多普勒求出接收阵列相关矩阵Rr。此时，能够通过公式(4)求出接收阵列相关矩阵Rr。
这样，通过脉冲多普勒处理，使存在于多个命中的目标反射波向多普勒方向压缩而成为1个，因此通过求出每个多普勒的相关矩阵，能够与实施方式1同样地进行步骤S5和步骤S7以后的处理。
像以上那样，根据本发明的实施方式2的雷达装置100，构成为，雷达装置为脉冲命中方式，相关矩阵计算部将命中方向作为快照，根据每个命中编号总体平均而求出第1相关矩阵和第2相关矩阵。
另外，根据本发明的实施方式2的雷达装置100，构成为，雷达装置为脉冲命中方式，相关矩阵计算部通过脉冲多普勒处理按照每个多普勒对由分离部分离后的接收信号进行分离，按照每个多普勒求出第1相关矩阵和第2相关矩阵。
由此，即使是脉冲命中方式的雷达装置，也能够在抑制角度分辨率的劣化和波束旁瓣的上升的同时对多个目标反射波进行分离检测。
实施方式3.
在实施方式1、2中，对全部范围进行了评价，但在实施方式3中，不同之处在于，通过进行固定权重的波束形成对存在目标的范围进行检测，仅对该范围进行评价。
以与实施方式1、2不同的点为中心，对本实施方式进行说明。
本发明的实施方式3的雷达装置200的硬件结构与图1所示的结构相同，但信号处理部26的内部处理不同。
图7是示出实施方式3的雷达装置200的信号处理部26的结构的一例的结构图。
在图7中，信号处理部26除了具有实施方式1的信号处理部6的结构以外，还具有波束形成部16和目标范围检测部17。通过由运算器8执行存储于存储器9的程序来实现波束形成部16和目标范围检测部17的功能。
波束形成部16根据被分离部10按照每个发送信号进行分离后的接收信号进行基于固定权重的波束形成。将基于固定权重的波束形成的输出值向目标范围检测部17传送。
目标范围检测部17根据从波束形成部16取得的基于固定权重的波束形成的输出值，对存在目标的范围进行检测。将所检测的范围向相关矩阵计算部18传送。
相关矩阵计算部18根据由分离部10按照每个发送信号进行分离后的接收信号以及由目标范围检测部17检测的范围，求出相关矩阵。将相关矩阵向特征值展开部12传送。
接下来，参照图8，对本发明的实施方式3的雷达装置200的信号处理部26的动作进行说明。图8是示出本发明的实施方式3的信号处理部26的动作的流程图。
步骤S201和S202与图3所示的流程图的步骤S1、S2相同，因此省略说明。
在步骤S203中，波束形成部16使用由分离部10按照每个发送信号进行分离后的接收信号，按照每一个范围样本，进行基于固定权重的波束形成。基于固定权重的波束形成的输出如公式(10)所示。将波束形成的输出值向目标范围检测部17传送。
[数学式10]
Figure GDA0002172861480000141
目标范围检测部17在各范围中求出基于固定权重的波束形成的输出的最大值，在最大值为阈值以上的情况下，判定为该范围存在目标。将判定为存在目标的范围向相关矩阵计算部18传送。
在步骤S204中，发送阵列相关矩阵计算部18-1和接收阵列相关矩阵计算部18-2从步骤S203中检测到的范围中选择一个范围，根据在步骤S202中分离为与发送信号对应的信号后的接收信号，提取所选择的范围的样本。
步骤S205至步骤S210与图3所示的流程图的步骤S4至步骤S9相同，因此省略说明。
在步骤S211中，发送阵列相关矩阵计算部18-1和接收阵列相关矩阵计算部18-2判定是否针对步骤S203中检测到的全部范围进行了评价(即，是否在步骤S203中检测到的全部范围中实施了步骤S204至步骤S210的处理)，在已经完成的情况下(是)结束处理。在没有完成的情况下(否)，返回步骤S204，将下一个范围作为对象而开始处理。
像以上那样，本发明的实施方式3的雷达装置200构成为，该雷达装置200还具有目标范围检测部，该目标范围检测部基于根据由分离部分离后的接收信号通过固定权重形成的波束，对存在目标的范围进行检测，相关矩阵计算部仅在由目标范围检测部检测的范围求出第1相关矩阵和第2相关矩阵。由此，仅在检测出目标的范围进行运算量较大的相关矩阵计算和特征值展开，因此能够减少处理整体的运算量。
另外，本发明不限定于实施方式的结构，能够在本发明的范围内自由地对各实施方式进行组合，能够对各实施方式进行适当的变形或省略。
标号说明
1：收发控制装置；2-1：发送器；2-M：发送器；3：发送阵列天线；3-1：发送天线；3-M：发送天线；4：接收阵列天线；4-1：接收天线；4-N：接收天线；5-1：接收器；5-N：接收器；6：信号处理部；7输入接口；8：运算器；9：存储器；10：分离部；10-1：分离部；10-N：分离部；11：相关矩阵计算部；11-1：发送阵列相关矩阵计算部(第1相关矩阵计算部)；11-2：接收阵列相关矩阵计算部(第2相关矩阵计算部)；12：特征值展开部；12-1：发送阵列特征值展开部；12-2：接收阵列特征值展开部；13：检测部；16：波束形成部；17：目标范围检测部；18：相关矩阵计算部；18-1：发送阵列相关矩阵计算部(第1相关矩阵计算部)；18-2：接收阵列相关矩阵计算部(第2相关矩阵计算部)；26：信号处理部；100：雷达装置；200：雷达装置。

Claims (9)

1.一种雷达装置，其具有：
发送阵列天线，其从多个发送天线发送相互正交的信号；
接收阵列天线，其通过多个接收天线接收被目标反射的所述信号；以及
信号处理部，其根据由所述多个接收天线接收的接收信号对所述目标进行检测，
其特征在于，
所述信号处理部具有：
分离部，其将由所述多个接收天线接收的所述接收信号分离为与所述多个发送天线的发送信号对应的信号；
相关矩阵计算部，其根据由所述分离部分离后的所述接收信号，求出与所述发送阵列天线对应的第1相关矩阵和与所述接收阵列天线对应的第2相关矩阵；以及
检测部，其根据使用所述第1相关矩阵的特征向量和所述第2相关矩阵的特征向量而计算出的评价值，对所述目标进行检测。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
所述评价值是将与规定值以上的特征值对应的所述特征向量组合而计算出的。
3.根据权利要求1或2所述的雷达装置，其特征在于，
所述评价值是使用所述第1相关矩阵的所述特征向量的投影长度和所述第2相关矩阵的所述特征向量的投影长度、以及所述发送阵列天线的转向向量的投影长度和所述接收阵列天线的转向向量的投影长度而计算出的。
4.根据权利要求1或2所述的雷达装置，其特征在于，
所述评价值是使用所述第1相关矩阵的噪声子空间和所述第2相关矩阵的噪声子空间而计算出的。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的雷达装置，其特征在于，
所述检测部根据一边使所述接收信号的到来方向变化一边计算出的所述评价值，对所述目标进行检测。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的雷达装置，其特征在于，
相关矩阵计算部从由所述分离部分离后的所述接收信号选择与规定的范围对应的样本，求出所述范围的所述第1相关矩阵和所述第2相关矩阵。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的雷达装置，其特征在于，
所述雷达装置采用脉冲命中方式，
所述相关矩阵计算部将命中方向作为快照，根据每个命中编号的总体平均而求出所述第1相关矩阵和所述第2相关矩阵。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的雷达装置，其特征在于，
所述雷达装置为脉冲命中方式，
所述相关矩阵计算部通过脉冲多普勒处理按照每个多普勒对由所述分离部分离后的所述接收信号进行分离，按照所述多普勒求出所述第1相关矩阵和所述第2相关矩阵。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的雷达装置，其特征在于，
该雷达装置还具有目标范围检测部，该目标范围检测部基于根据由所述分离部分离后的所述接收信号通过固定权重形成的波束，对存在所述目标的范围进行检测，
所述相关矩阵计算部仅在由所述目标范围检测部检测出的范围求出所述第1相关矩阵和所述第2相关矩阵。
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