CN117795370A - Mimo雷达信号处理装置及其接收信号处理装置、以及关注接收信号向量的传播模式判别方法 - Google Patents

Mimo雷达信号处理装置及其接收信号处理装置、以及关注接收信号向量的传播模式判别方法 Download PDF

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Abstract

MIMO雷达信号处理装置具有：多个匹配滤波器组(1211～121M)，它们分别被输入来自多个接收天线(21～2M)的接收信号和来自多个发送信号生成部(1111～111N)的发送信号，输出成为接收信号向量的向量元素的匹配滤波器输出；暂定测角部(122)，其将来自多个匹配滤波器组(1211～121M)的匹配滤波器输出设想为直接传播模式的接收信号，计算针对关注接收信号向量的暂定测角值；以及双向测角部(123)，其根据来自多个匹配滤波器组(1211～121M)的匹配滤波器输出和由暂定测角部(122)计算出的暂定测角值，取得针对关注接收信号向量的双向测角值。

Description

MIMO雷达信号处理装置及其接收信号处理装置、以及关注接 收信号向量的传播模式判别方法
技术领域
本发明涉及如下的MIMO(Multiple Input Multiple Output：多输入多输出)雷达信号处理装置：对多个发送天线分别输出彼此不同的发送信号，被输入来自多个接收天线的接收信号，根据被输入的接收信号取得关注接收信号向量的由送出角和到来角构成的双向测角值，该接收天线将从发送天线送出的发送波到达物体而反射的反射波作为到来波来捕捉。
背景技术
作为MIMO雷达装置中的到来波的路径，除了来自MIMO雷达装置的发送波到达物体的路径(去路)和来自物体的反射波到达MIMO雷达装置的路径(回路)一致的直接传播模式以外，还存在去路和回路不一致的多路径传播模式。
因此，在MIMO雷达装置中的MIMO雷达信号处理装置中，需要判别接收信号是直接传播模式还是多路径传播模式。
在专利文献1中示出如下的信号处理装置：根据天线的接收信号与估计接收信号之间的差分即残差信号判定到来方位的估计结果是否正确，抑制物体的误检测，该估计接收信号是根据基于多个天线的接收信号计算出的电波的到来方位的估计而计算出的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-186973号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所示的信号处理装置中，使用到来波的到来角来计算估计接收信号，但是，不能精确地掌握MIMO雷达装置感测的传播环境即电波照射范围内的传播环境，因此，期望能够更高精度地判别直接传播模式。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，例如得到如下的MIMO雷达信号处理装置：能够更高精度地判别是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式，得到能够在传播模式的判别中使用的双向测角值。
用于解决课题的手段
本发明的MIMO雷达信号处理装置具有：多个发送信号生成部，它们分别生成彼此不同的发送信号，向对应的发送天线输出所生成的发送信号；多个匹配滤波器组，它们分别被输入来自接收天线的接收信号和来自多个发送信号生成部的发送信号，将来自多个发送信号生成部的发送信号作为匹配滤波器的副本，输出成为接收信号向量的向量元素的匹配滤波器输出，其中，来自接收天线的接收信号与将从发送天线送出的发送波到达物体而反射的反射波作为到来波来捕捉的多个接收天线分别对应；暂定测角部，其将来自多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出设想为基于发送波被物体反射而直接传播的到来波的直接传播模式的接收信号，取得针对与通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的关注接收信号向量的暂定测角值；以及双向测角部，其根据来自多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出和由暂定测角部计算出的暂定测角值，取得针对关注接收信号向量的由送出角和到来角构成的双向测角值。
发明效果
根据本发明，取得关注接收信号向量的由送出角和到来角构成的双向测角值，因此，在将双向测角值例如用于是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式的判别时，能够更高精度地判别传播模式，能够更加详细地掌握MIMO雷达装置感测的传播环境。
附图说明
图1是示出实施方式1的MIMO雷达装置的整体结构图。
图2是示出由MIMO雷达装置的电波照射范围内的不同物体A、B各反射1次合计2次的多路径传播波的图。
图3是示出接收信号处理装置的动作即关注接收信号向量的传播模式判别方法的流程图。
具体实施方式
实施方式1
根据图1对实施方式1的MIMO雷达装置进行说明。
MIMO雷达装置具有多个发送天线1即第1发送天线11～第N发送天线1N、多个接收天线2即第1接收天线21～第M接收天线2M、以及MIMO雷达信号处理装置100。
N和M分别为2以上的自然数。
MIMO雷达信号处理装置100具有发送信号处理装置110和接收信号处理装置120。
发送信号处理装置110具有多个发送信号生成部111即第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N。
接收信号处理装置120具有多个匹配滤波器组121即第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M、暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124。
第1发送天线11～第N发送天线1N分别接受来自对应的第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N的发送信号，将发送信号转换为发送波，送出即辐射彼此不同的发送波TW1～TWN。
第1发送天线11～第N发送天线1N隔开一定间隔地配置于一条直线上。
从第1发送天线11～第N发送天线1N送出的第1发送波TW1～第N发送波TWN是基于彼此正交的信号(正交信号)的发送波。正交例如是指不会由于时间、相位、频率、符号等的差异而彼此干扰。
另外，在以下的说明中，为了避免烦杂，在不需要区分说明的情况下，设第1发送天线11～第N发送天线1N和第1发送波TW1～第N发送波TWN为发送天线1和发送波TW来进行说明。
第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N分别与第1发送天线11～第N发送天线1N对应地设置，分别生成彼此不同的发送信号，将生成的发送信号输出到对应的发送天线1。
即，第1发送信号生成部1111生成第1发送信号，将第1发送信号输出到对应的第1发送天线11，第2发送信号生成部1112生成第2发送信号，将第2发送信号输出到对应的第2发送天线12，第N发送信号生成部111N生成第N发送信号，将第N发送信号输出到对应的第N发送天线1N。第1发送信号～第N发送信号是彼此正交的信号。
此外，第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N分别将发送信号输出到第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M。
第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N是已知的发送信号生成部，省略具体的说明。
另外，在以下的说明中，为了避免烦杂，在不需要区分说明的情况下，设第1发送信号生成部1111～第N发送信号生成部111N为发送信号生成部111来进行说明。
第1接收天线21～第M接收天线2M隔开一定间隔地配置于一条直线上。
第1接收天线21～第M接收天线2M分别将从多个发送天线1送出的发送波TW到达物体而反射的反射波分别作为不同的到来波RW1～RWM来捕捉，将到来波RW1～RWM转换为接收信号，输出到对应的第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M。
另外，在以下的说明中，为了避免烦杂，在不需要区分说明的情况下，设第1接收天线21～第M接收天线2M为接收天线2来进行说明。
第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M分别与第1接收天线21～第M接收天线2M对应地设置。
第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M分别被输入来自对应的接收天线2的接收信号和来自多个发送信号生成部111的发送信号。
第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M分别由匹配滤波器构成，将来自多个发送信号生成部111的发送信号作为匹配滤波器的副本而取得N个匹配滤波器输出。
即，通过M个接收信号和N个发送信号，从第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M取得M×N个匹配滤波器输出即M×N个虚拟接收信号。
换言之，第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M等效于将由以与配置多个发送天线1的间隔相同的间隔配置的M×N个虚拟接收天线取得的到来波转换为接收信号并输出接收信号。
来自第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M的匹配滤波器输出成为基于由M×N个虚拟接收天线取得的到来波的虚拟接收信号中的接收信号向量的向量元素。
这些接收信号向量中的、与规定的距离多普勒单元即通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的接收信号向量成为关注接收信号向量x(i)。
即，1～NS的快照中的进行目标检测处理的第i个快照中的接收信号向量成为针对各虚拟接收天线的关注接收信号向量x(i)。i是1～NS的快照编号。NS是2以上的自然数。
第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M分别通过TDMA(Time DivisionMultiple Access：时分多址)方式、CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)方式、DDMA(Doppler Division Multiple Access：多普勒分多址)方式或FDMA(FrequencyDivision Multiple Access：频分多址)方式中的任意方式进行动作。
但是，不限于上述的具体方式，也可以是其他方式。
第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M是已知的匹配滤波器组，省略具体的说明。
另外，在以下的说明中，为了避免烦杂，在不需要区分说明的情况下，设第1匹配滤波器组1211～第M匹配滤波器组121M为匹配滤波器组121来进行说明。
此外，关注接收信号向量x(i)也存在于全部M×N个虚拟接收天线，但是，在以下的说明中，为了避免烦杂，关注于1个关注接收信号向量x(i)进行说明，但是，关于其余的关注接收信号向量x(i)，相同的思路也成立。
在对接收信号处理装置120中的实施方式1中的特征点即暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124进行说明之前，对关注接收信号向量x(i)进行说明。
首先，如图2所示，对在MIMO雷达装置的电波照射范围内存在不同的物体A和物体B且接收天线2将多路径传播波作为到来波来捕捉时的多路径传播模式的关注接收信号向量x(i)进行说明。
另外，MIMO雷达装置的电波照射范围是MIMO雷达装置感测的传播环境。
在将从物体A向物体B的传播角设为(uA,uB)(其中，uA≠uB)、将从物体B向物体A的传播角设为(uB,uA)(其中，uA≠uB)时，由于传播可逆性，如图2的箭头所示，在物体A和物体B分别反射1次的传播在双向上存在2个多路径传播路径，即基于TW(1)→MW(1)→RW(1)的绕逆时针的第1多路径传播路径和基于TW(2)→MW(2)→RW(2)的绕顺时针的第2多路径传播路径。
这里，传播角利用方位角或仰角与平面内的角度对应起来。
当然，传播角也可以为由方位角和仰角决定的空间内的角度。
在以下的说明中，设利用方位角或仰角将传播角与平面内的角度对应起来的情况进行说明，但是，在将传播角设为由方位角和仰角决定的空间内的角度的情况下也同样。
第1多路径传播路径TW(1)→MW(1)→RW(1)是来自MIMO雷达装置的发送波TW被物体A反射，反射后的反射波被物体B反射而作为到来波RW到达MIMO雷达装置的绕逆时针的多路径传播路径。
第2多路径传播路径TW(2)→MW(2)→RW(2)是来自MIMO雷达装置的发送波TW被物体B反射，反射后的反射波被物体A反射而作为到来波RW到达MIMO雷达装置的绕顺时针的多路径传播路径。
另外，作为多路径传播路径，对在物体反射2次的情况进行说明，但是，当在物体反射3次以上的情况下，以后的说明也成立。
在第1多路径传播路径中，传播角uA成为送出角(DOD：Direction-of-Departure：波离方向)，传播角uB成为到来角(DOA：Direction-of-Arrival：波达方向)，在第2多路径传播路径中，传播角uB成为送出角，传播角uA成为到来角。
此时的关注接收信号向量x(i)成为下式(1)。
在式(1)中，i是1～NS的快照编号，s(i)是反射信号的复振幅，n(i)是接收机噪声向量，aMIMO(uA,uB)是与第1多路径传播路径中的送出角uA和到来角uB对应的虚拟阵列导向向量，aMIMO(uB,uA)是与第2多路径传播路径中的送出角uB和到来角uA对应的虚拟阵列导向向量，b(uA,uB)是与传播角(uA,uB)对应的多路径导向向量。
虚拟阵列导向向量aMIMO(uA,uB)由发送阵列导向向量aT(uA)和接收阵列导向向量aR(uB)的克罗内克积给出，虚拟阵列导向向量aMIMO(uB,uA)由发送阵列导向向量aT(uB)和接收阵列导向向量aR(uA)的克罗内克积给出，用下式(2)表示。
在考虑上式(2)时，上式(1)中的多路径导向向量b(uA,uB)用下式(3)表示。
此外，根据上式(3)可知，与传播角(uB,uA)对应的多路径导向向量b(uB,uA)跟与传播角(uA,uB)对应的多路径导向向量b(uA,uB)相等，下式(4)成立。
b(uB，uA)＝b(uA，uB)…(4)
另一方面，关注接收信号向量x(i)中的相关矩阵RXX用下式(5)表示。
在式(5)中，PS是反射信号功率，σ2是接收机噪声功率，RAB是第1多路径传播路径中的多路径传播波的自相关矩阵，RBA是第2多路径传播路径中的多路径传播波的自相关矩阵。
自相关矩阵RAB和自相关矩阵RBA用下式(6)表示。
RAB＝psaMIMO(uA，uB)aMIMO H(uA，uB)
RBA＝psaMIMO(uB，uA)aMIMO H(uB，uA)…(6)
下面的(7)所示的上式(5)中的右边的一个项目是第1多路径传播路径和第2多路径传播路径中的多路径传播波相干而产生的互相关矩阵。
上述(7)所示的互相关矩阵用下式(8)表示。
即，如上式(8)所示，上述(7)所示的互相关矩阵是第1多路径传播路径中的受到来自第2多路径传播路径的影响的相关矩阵与第2多路径传播路径中的受到来自第1多路径传播路径的影响的相关矩阵之和。
接着，对来自MIMO雷达装置的发送波TW到达物体A的路径(去路)和来自物体A的反射波即到来波RW到达MIMO雷达装置的路径(回路)一致的直接传播模式的关注接收信号向量x(i)进行说明。
在直接传播模式的关注接收信号向量x(i)中，发送波中的送出角uA和到来波中的到来角uA相同，因此，用下式(9)表示。
x(i)＝aMIMO(uA，uA)s(i)+n(i)…(9)
因此，基于直接传播波的关注接收信号向量x(i)的相关矩阵RXX用下式(10)表示。
在式(10)中，RAA是针对物体A的直接传播路径中的直接传播波的自相关矩阵，用下式(11)表示。
RAA＝psaMIMO(uA，uA)aMIMO H(uA，uA)…(11)
来自MIMO雷达装置的发送波TW到达物体B的路径(去路)和来自物体B的反射波即到来波RW到达MIMO雷达装置的路径(回路)一致的直接传播模式中的直接传播波的自相关矩阵RBB也与上式(11)同样地表示。
接着，对接收信号处理装置120中的暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124进行说明。
暂定测角部122将从多个匹配滤波器组121输入的针对M×N个虚拟接收天线的匹配滤波器输出设想为基于直接传播模式即直接传播波的接收信号，计算针对与通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的关注接收信号向量x(i)的暂定测角值。
暂定测角部122针对从多个匹配滤波器组121输入的针对M×N个虚拟接收天线的匹配滤波器输出，分别如以下那样计算针对关注接收信号向量x(i)的暂定测角值。
即，关于暂定测角部122计算针对各关注接收信号向量x(i)的暂定测角值，求出下式(12)所示的波束成形法的方位谱Ptentative(u)，求出与方位谱Ptentative(u)的最大值对应的角度utV，将最大值的角度utV设为暂定测角值。
总之，在下式(12)中，将构成关注接收信号向量x(i)的双向测角值的送出角和到来角设想为相同的传播角u，将设想的传播角u作为变量而求出方位谱Ptentative(u)，取得方位谱Ptentative(u)成为最大值的传播角u作为暂定测角值utV。
根据式(12)可知，方位谱Ptentative(u)依赖于与直接传播波对应的虚拟阵列导向向量aMIMO(u,u)，依赖于传播角(u,u)。
另外，在式(12)中，u是表示送出角和到来角的扫描角。
在被输入到暂定测角部122的来自匹配滤波器组121的匹配滤波器输出是针对关于物体A的直接传播波的接收信号时，基于直接传播波的关注接收信号向量x(i)的相关矩阵RXX用上式(10)表示。
因此，在暂定测角部122中，将传播角u作为变量来运算方位谱Ptentative(u)，方位谱Ptentative(u)示出最大值的传播角u视为针对物体A的直接传播波中的送出角uA和到来角uA。
其结果是，暂定测角部122能够取得视为送出角uA和到来角uA的暂定测角值utV。
此外，在被输入到暂定测角部122的来自匹配滤波器组121的匹配滤波器输出是针对关于物体B的直接传播波的接收信号时，基于直接传播波的关注接收信号向量x(i)的相关矩阵RXX也与上式(10)同样地表示。
因此，在暂定测角部122中，将传播角u作为变量来运算方位谱Ptentative(u)，方位谱Ptentative(u)示出最大值的传播角u视为针对物体B的直接传播波中的送出角uB和到来角uB。
其结果是，暂定测角部122能够取得视为送出角uB和到来角uB的暂定测角值utV。
另一方面，在被输入到暂定测角部122的来自匹配滤波器组121的匹配滤波器输出是针对多路径传播波的接收信号时，基于多路径传播波的关注接收信号向量x(i)的相关矩阵RXX用上式(5)表示。
在暂定测角部122中，将传播角u作为变量来运算方位谱Ptentative(u)，取得方位谱Ptentative(u)示出最大值的传播角u作为暂定测角值utV。
但是，这里取得的暂定测角值utV无法估计为针对基于多路径传播波的到来波RW的送出角和到来角。
即，在来自匹配滤波器组121的匹配滤波器输出是针对多路径传播波的接收信号时，与通过传播角(u,u)求出的方位谱Ptentative(u)的最大值相比，通过传播角(uA,uB)或(uB,uA)(其中，uA≠uB)求出的方位谱Ptentative(u)的最大值较大。
因此，在来自匹配滤波器组121的匹配滤波器输出基于多路径传播波的到来波RW的情况下，无法根据方位谱Ptentative(u)的最大值取得送出角uA或uB和到来角uB或uA。
此外，在将传播角u作为变量而求出的方位谱Ptentative(u)中存在多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)时，暂定测角部122取得分别针对多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)的传播角u作为暂定测角值utV。
即，在存在多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)时，暂定测角部122取得与多个极大点对应的多个暂定测角值utV。
另外，在上述的例子中，暂定测角部122通过波束成形法取得设想为到来波RW是直接传播波的暂定测角值utV，但是，也可以通过MUSIC(Multiple Signal Classification：多信号分类)法或ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational InvarianceTechniques：基于旋转不变技术的信号参数估计)法取得设想为到来波RW是直接传播波的暂定测角值utV。
双向测角部123根据来自多个匹配滤波器组121的匹配滤波器输出和由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV，计算针对关注接收信号向量x(i)的由送出角和到来角构成的双向测角值。
即，在下式(13)中，将由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV设为针对关注接收信号向量x(i)的到来角uB，将用于计算送出角uA的传播角u作为变量而求出方位谱PD(u)，将方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi设为送出角uA。
μbi＝argmaxPD(u)
根据式(13)可知，方位谱PD(u)依赖于虚拟阵列导向向量aMIMO(u,utV)，依赖于传播角(u,utV)。
另外，在式(13)中，u是表示送出角的扫描角。
其结果是，双向测角部123针对关注接收信号向量x(i)，取得送出角uA为使方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi且到来角uB为由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV的双向测角值。
在上述说明中，将送出角设为uA、将到来角设为uB进行了说明，但是，即使将送出角设为uB、将到来角设为uA，也能够完全相同地取得双向测角值。
总之，不管朝向虚拟接收天线的到来波中的发送角和到来角是什么样的角度，双向测角部123相对于虚拟接收天线各自中的关注接收信号向量x(i)，都能够取得送出角为ubi、到来角为utV的双向测角值。
此外，在由暂定测角部122取得的暂定测角值与多个极大点对应地作为多个暂定测角值utV而存在时，双向测角部123将多个暂定测角值utV分别作为到来角uB，将用于计算送出角uA的传播角u作为变量而求出方位谱PD(u)，将方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi设为送出角uA。
然后，双向测角部123求出多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|ubi-utV|，取得将求出的差|ubi-utV|示出最小值的传播角ubi设为送出角uA且将暂定测角值utV设为到来角uB的关注接收信号向量x(i)中的双向测角值。
传播模式判别部124判别针对由双向测角部123取得的双向测角值的关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式，输出判别出的结果。
传播模式判别部124求出构成由双向测角部123取得的双向测角值的送出角ubi和到来角utV之差|ubi-utV|，对求出的差|ubi-utV|与阈值th进行比较。
另外，在由暂定测角部122取得的暂定测角值与多个极大点对应地作为多个暂定测角值utV而存在且通过双向测角部123取得了多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|ubi-utV|中的示出最小值的差|ubi-utV|的情况下，传播模式判别部124对由双向测角部123取得的送出角ubi和到来角utV的最小的差|ubi-utV|与阈值th进行比较。
传播模式判别部124在差|ubi-utV|为阈值th以下时，判别为关注接收信号向量x(i)中的传播模式是直接传播模式，输出是直接传播模式这样的判别结果。
差|ubi-utV|为阈值th以下意味着送出角ubi和到来角utV近似或相同，意味着关注接收信号向量x(i)的传播模式是来自MIMO雷达装置的发送波TW到达物体的路径(去路)和来自该物体的反射波即到来波RW到达MIMO雷达装置的路径(回路)一致的直接传播模式。
另一方面，传播模式判别部124在差|ubi-utV|超过阈值th时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是多路径传播模式，输出是多路径传播模式这样的判别结果。
差|ubi-utV|超过阈值th意味着在送出角ubi与到来角utV之间存在差，意味着关注接收信号向量x(i)的传播模式是传播波的去路和回路不一致的多路径传播路径。
暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124通过包含CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)和RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等存储器等的微计算机构成。
接着，使用图3对MIMO雷达信号处理装置、特别是接收信号处理装置的动作即关注接收信号向量x(i)的传播模式判别方法进行说明。
由多个接收天线2捕捉到的到来波RW通过多个接收天线2被转换为接收信号，转换后的接收信号被输入到与多个接收天线2分别对应的多个匹配滤波器组121。
各匹配滤波器组121通过来自对应的接收天线2的接收信号和来自多个发送信号生成部111的发送信号，输出与被输入的发送信号的数量相同数量的匹配滤波器输出。
如步骤ST1所示，被输入了从多个匹配滤波器组121输出的匹配滤波器输出的暂定测角部122针对各匹配滤波器输出，计算针对关注接收信号向量x(i)的暂定测角值utV。
取得暂定测角值utV，作为上式(12)所示的方位谱Ptentative(u)成为最大值的传播角u。
接着，如步骤ST2所示，被输入从多个匹配滤波器组121输出的匹配滤波器输出且接受了暂定测角部122计算出的暂定测角值utV的双向测角部123针对各匹配滤波器输出，计算关注接收信号向量x(i)的双向测角值。
双向测角部123将构成双向测角值的到来角设为暂定测角部122计算出的暂定测角值utV，将构成双向测角值的送出角设为上式(13)所示的方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi，取得双向测角值(ubi,utV)。
接着，如步骤ST3所示，传播模式判别部124针对各匹配滤波器输出，求出构成双向测角部123计算出的关注接收信号向量x(i)的双向测角值的送出角ubi和到来角utV之差|ubi-utV|，对求出的差|ubi-utV|与阈值th进行比较。
如步骤ST4所示，传播模式判别部124根据比较结果来判别关注接收信号向量x(i)的传播模式。
传播模式判别部124在差|ubi-utV|为阈值th以下时，输出是直接传播模式这样的判别结果，在差|ubi-utV|超过阈值th时，输出是多路径传播模式这样的判别结果。
另一方面，在步骤ST1中，在由暂定测角部122求出的方位谱Ptentative(u)中存在多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)时，步骤ST1～步骤ST2如以下那样。
在步骤ST1中，暂定测角部122取得分别针对多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)的传播角u作为暂定测角值utV。
在步骤ST2中，双向测角部123将由暂定测角部122取得的多个暂定测角值utV分别作为到来角uB，取得方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi作为送出角uA。
然后，双向测角部123求出多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|ubi-utV|。
双向测角部123取得将求出的差|ubi-utV|示出最小值的传播角ubi设为送出角uA且将暂定测角值utV设为到来角uB的关注接收信号向量x(i)中的双向测角值。
在步骤ST3中，传播模式判别部124针对各匹配滤波器输出，对构成由双向测角部123取得的关注接收信号向量x(i)的双向测角值的送出角ubi和到来角utV之差|ubi-utV|与阈值th进行比较。
如上所述，实施方式1的MIMO雷达信号处理装置具有：暂定测角部122，其将来自多个匹配滤波器组121的匹配滤波器输出设想为基于发送波TW被物体反射而直接传播的到来波RW的直接传播模式的接收信号，计算针对与通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的关注接收信号向量x(i)的暂定测角值utV；以及双向测角部123，其根据来自多个匹配滤波器组121的匹配滤波器输出和由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV，取得针对关注接收信号向量x(i)的由送出角ubi和到来角utV构成的双向测角值，因此，例如能够取得能够在是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式的传播模式的判别中使用的双向测角值。
即，在将由双向测角部123取得的关注接收信号向量x(i)的由送出角ubi和到来角utV构成的双向测角值用于传播模式的判别时，能够高精度地判别关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式，能够更加详细地掌握MIMO雷达装置感测的传播环境。
进而，实施方式1的MIMO雷达信号处理装置还具有传播模式判别部124，该传播模式判别部124判别针对由双向测角部123取得的双向测角值(ubi,utV)的关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式，因此，能够高精度地判别关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式，能够更加详细地掌握MIMO雷达装置感测的传播环境。
实施方式2
对实施方式2的MIMO雷达装置进行说明。
实施方式2的MIMO雷达装置相对于实施方式1的MIMO雷达装置，双向测角部123不同，其他结构是与实施方式1的MIMO雷达装置相同或同样的结构。
因此，下面，对暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124进行说明。
在下式(14)中，双向测角部123将由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV设为针对关注接收信号向量x(i)的送出角uA，将用于计算到来角uB的传播角u作为变量而求出方位谱PA(u)，将方位谱PA(u)成为最大值的传播角ubi设为到来角uB。
ubi＝argmaxPA(u)
根据式(14)可知，方位谱PA(u)依赖于虚拟阵列导向向量aMIMO(utV,u)，依赖于传播角(utV,u)。
另外，在式(14)中，u是表示到来角的扫描角。
其结果是，双向测角部123针对关注接收信号向量x(i)，取得送出角uA为由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV且到来角uB为使方位谱PA(u)成为最大值的传播角ubi的双向测角值。
在上述说明中，将送出角设为uA、将到来角设为uB进行了说明，但是，即使将送出角设为uB、将到来角设为uA，也能够完全相同地取得双向测角值。
总之，不管朝向虚拟接收天线的到来波的发送角和到来角是什么样的角度，双向测角部123针对虚拟接收天线各自的关注接收信号向量x(i)，都能够取得送出角为utV、到来角为ubi的双向测角值。
传播模式判别部124求出构成由双向测角部123取得的双向测角值的送出角utV和到来角ubi之差|utV-ubi|，对求出的差|utV-ubi|与阈值th进行比较。
传播模式判别部124在差|utV-ubi|为阈值th以下时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式，输出是直接传播模式这样的判别结果。
另一方面，传播模式判别部124在差|utV-ubi|超过阈值th时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是多路径传播模式，输出是多路径传播模式这样的判别结果。
此外，暂定测角部122在求出的方位谱Ptentative(u)中存在多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)时，暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124如以下那样动作。
即，暂定测角部122取得分别针对多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)的传播角u作为暂定测角值utV。
双向测角部123将由暂定测角部122取得的多个暂定测角值utV分别作为送出角uA，将方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi设为到来角uB。
然后，双向测角部123求出多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|utV-ubi|。
双向测角部123取得将暂定测角值utV设为送出角uA且将求出的差|utV-ubi|示出最小值的传播角ubi设为到来角uB的关注接收信号向量x(i)的双向测角值。
传播模式判别部124对构成由双向测角部123取得的关注接收信号向量x(i)的双向测角值的送出角utV和到来角ubi之差|utV-ubi|与阈值th进行比较。
实施方式2的MIMO雷达信号处理装置也具有与实施方式1的MIMO雷达信号处理装置相同的效果。
实施方式3
对实施方式3的MIMO雷达装置进行说明。
实施方式3的MIMO雷达装置相对于实施方式1的MIMO雷达装置，双向测角部123不同，其他结构是与实施方式1的MIMO雷达装置相同或同样的结构。
因此，下面，对暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124进行说明。
在上式(13)中，与实施方式1同样，双向测角部123将由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV设为针对关注接收信号向量x(i)的到来角uB，将用于计算送出角uA的传播角u作为变量而求出方位谱PD(u)，取得将方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi设为送出角uA的第1暂定双向测角值(ubi,utV)，并且，在上式(14)中，与实施方式2同样，双向测角部123将由暂定测角部122计算出的暂定测角值utV设为针对关注接收信号向量x(i)的送出角uA，将用于计算到来角uB的传播角u作为变量而求出方位谱PA(u)，取得将方位谱PA(u)成为最大值的传播角ubi设为到来角uB的第2暂定双向测角值(utV,ubi)。
双向测角部123对第1暂定双向测角值(ubi,utV)的方位谱PD(u)与第2暂定双向测角值(utV,ubi)的方位谱PA(u)进行比较，将第1暂定双向测角值(ubi,utV)和第2暂定双向测角值(utV,ubi)中的任意一个暂定双向测角值设为双向测角值。
即，双向测角部123在方位谱PD(u)比方位谱PA(u)大时，选择第1暂定双向测角值(ubi,utV)作为双向测角值，在方位谱PA(u)比方位谱PD(u)大时，选择第2暂定双向测角值(utV,ubi)作为双向测角值。
在上述说明中，将送出角设为uA、将到来角设为uB进行了说明，但是，即使将送出角设为uB、将到来角设为uA，也能够完全相同地取得双向测角值。
传播模式判别部124在选择第1暂定双向测角值(ubi,utV)作为双向测角值时，与实施方式1同样，求出构成由双向测角部123取得的双向测角值的送出角ubi和到来角utV之差|ubi-utV|，对求出的差|ubi-utV|与阈值th进行比较。
传播模式判别部124在差|ubi-utV|为阈值th以下时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式，输出是直接传播模式这样的判别结果。
另一方面，传播模式判别部124在差|ubi-utV|超过阈值th时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是多路径传播模式，输出是多路径传播模式这样的判别结果。
此外，在选择第2暂定双向测角值(utV,ubi)作为双向测角值时，与实施方式2同样，求出构成由双向测角部123取得的双向测角值的送出角utV和到来角ubi之差|utV-ubi|，对求出的差|utV-ubi|与阈值th进行比较。
传播模式判别部124在差|utV-ubi|为阈值th以下时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式，输出是直接传播模式这样的判别结果。
另一方面，传播模式判别部124在差|utV-ubi|超过阈值th时，判别为关注接收信号向量x(i)的传播模式是多路径传播模式，输出是多路径传播模式这样的判别结果。
此外，暂定测角部122在求出的方位谱Ptentative(u)中存在多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)时，暂定测角部122、双向测角部123和传播模式判别部124如以下那样动作。
即，暂定测角部122取得分别针对多个示出极大点的方位谱Ptentative(u)的传播角u作为暂定测角值utV。
双向测角部123将由暂定测角部122取得的多个暂定测角值utV分别作为到来角uB，将方位谱PD(u)成为最大值的传播角ubi设为送出角uA。
然后，双向测角部123求出多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|ubi-utV|。
双向测角部123取得将暂定测角值utV设为到来角uB且将求出的差|ubi-utV|示出最小值的传播角ubi设为送出角uA的关注接收信号向量x(i)的第1暂定双向测角值(ubi,utV)。
进而，双向测角部123将由暂定测角部122取得的多个暂定测角值utV分别作为送出角uA，将方位谱PA(u)成为最大值的传播角ubi设为到来角uB。
然后，双向测角部123求出多个暂定测角值utV和针对多个暂定测角值utV的传播角ubi各自之差|utV-ubi|。
双向测角部123取得将暂定测角值utV设为送出角uA且将求出的差|utV-ubi|示出最小值的传播角ubi设为到来角uB的关注接收信号向量x(i)的第2暂定双向测角值(utV,ubi)。
双向测角部123对第1暂定双向测角值(ubi,utV)的方位谱PD(u)与第2暂定双向测角值(utV,ubi)的方位谱PA(u)进行比较，将方位谱较大的暂定双向测角值设为关注接收信号向量x(i)的双向测角值。
传播模式判别部124对构成由双向测角部123取得的关注接收信号向量x(i)的双向测角值的送出角和到来角之差与阈值th进行比较。
实施方式3的MIMO雷达信号处理装置也具有与实施方式1的MIMO雷达信号处理装置相同的效果。
而且，双向测角部123取得第1暂定双向测角值(ubi,utV)和第2暂定双向测角值(utV,ubi)，将任意一个暂定双向测角值设为双向测角值，因此，能够更高精度地判别关注接收信号向量x(i)的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式。
另外，能够进行各实施方式的任意结构元素的变形、或各实施方式中的任意结构元素的省略。
产业上的可利用性
本发明的MIMO雷达信号处理装置能够应用于飞行物体的监视雷达装置、航空器监视雷达装置、海洋雷达装置、船舶监视雷达装置、车载雷达装置、基础设施雷达装置等。
标号说明
11～1N：第1发送天线～第N发送天线；21～2M：第1接收天线～第M接收天线；100：MIMO雷达信号处理装置；110：发送信号处理装置；1111～111N：第1发送信号生成部～第N发送信号生成部；120：接收信号处理装置；1211～121M：第1匹配滤波器组～第M匹配滤波器组；122：暂定测角部；123：双向测角部；124：传播模式判别部。

Claims (12)

1.一种MIMO雷达信号处理装置，该MIMO雷达信号处理装置具有：
多个发送信号生成部，它们分别生成彼此不同的发送信号，向对应的发送天线输出所生成的发送信号；
多个匹配滤波器组，它们分别被输入来自接收天线的接收信号和来自所述多个发送信号生成部的发送信号，将来自所述多个发送信号生成部的发送信号作为匹配滤波器的副本，输出成为接收信号向量的向量元素的匹配滤波器输出，其中，所述来自接收天线的接收信号与将从所述发送天线送出的发送波到达物体而反射的反射波作为到来波来捕捉的多个接收天线分别对应；
暂定测角部，其将来自所述多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出设想为基于所述发送波被所述物体反射而直接传播的到来波的直接传播模式的接收信号，取得针对与通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的关注接收信号向量的暂定测角值；以及
双向测角部，其根据来自所述多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出和由所述暂定测角部计算出的暂定测角值，取得针对所述关注接收信号向量的由送出角和到来角构成的双向测角值。
2.根据权利要求1所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
由所述暂定测角部取得的暂定测角值是以如下方式取得的：将构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角和到来角设为相同的传播角，取得将传播角作为变量而求出的方位谱示出最大值的传播角作为暂定测角值。
3.根据权利要求1或2所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
所述双向测角部中的双向测角值是以如下方式取得的：将由所述暂定测角部计算出的暂定测角值设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角，取得构成所述关注接收信号向量的双向测角值的到来角。
4.根据权利要求1或2所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
所述双向测角部中的双向测角值是以如下方式取得的：将由所述暂定测角部计算出的暂定测角值设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的到来角，取得构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角。
5.根据权利要求1或2所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
所述双向测角部中的双向测角值是以如下方式取得的：将第1暂定双向测角值和第2暂定双向测角值中的任意一个暂定双向测角值设为双向测角值，其中，所述第1暂定双向测角值是将由所述暂定测角部计算出的暂定测角值设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角，且取得构成所述关注接收信号向量的双向测角值的到来角而成的，所述第2暂定双向测角值是将由所述暂定测角部计算出的暂定测角值设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的到来角，且取得构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角而成的。
6.根据权利要求1所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
由所述暂定测角部取得的暂定测角值是以如下方式取得的：将构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角和到来角设为相同的传播角，取得将传播角作为变量而求出的方位谱示出极大值的传播角作为暂定测角值，
所述双向测角部中的双向测角值是以如下方式取得的：在存在多个由所述暂定测角部取得的暂定测角值时，将该多个暂定侧角值分别设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角和到来角的另一方来计算送出角与到来角之差，取得计算出的送出角与到来角之差示出最小的送出角和到来角，作为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角和到来角。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
所述MIMO雷达信号处理装置具有传播模式判别部，该传播模式判别部通过所述双向测角值判别针对由所述双向测角部取得的双向测角值的关注接收信号向量的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式。
8.根据权利要求7所述的MIMO雷达信号处理装置，其中，
所述传播模式判别部对传播模式的判别是以如下方式进行的：对构成由所述双向测角部取得的双向测角值的送出角和到来角的差值与阈值进行比较，在所述差值为所述阈值以下时，判别为直接传播模式，在所述差值超过所述阈值时，判别为多路径传播模式。
9.一种MIMO雷达信号处理装置的接收信号处理装置，该MIMO雷达信号处理装置的接收信号处理装置具有：
多个匹配滤波器组，它们分别被输入来自接收天线的接收信号和来自向发送天线输出发送信号的多个发送信号生成部的发送信号，将来自所述多个发送信号生成部的发送信号作为匹配滤波器的副本，输出成为接收信号向量的向量元素的匹配滤波器输出，其中，所述来自接收天线的接收信号与将从所述发送天线送出的发送波到达物体而反射的反射波作为到来波来捕捉的多个接收天线分别对应；
暂定测角部，其将来自所述多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出设想为基于所述发送波被所述物体反射而直接传播的到来波的直接传播模式的接收信号，取得针对与通过目标检测处理给出的距离多普勒单元对应的关注接收信号向量的暂定测角值；以及
双向测角部，其根据来自所述多个匹配滤波器组的匹配滤波器输出和由所述暂定测角部计算出的暂定测角值，取得针对所述关注接收信号向量的由送出角和到来角构成的双向测角值。
10.根据权利要求9所述的MIMO雷达信号处理装置的接收信号处理装置，其中，
所述MIMO雷达信号处理装置的接收信号处理装置具有传播模式判别部，该传播模式判别部判别针对由所述双向测角部取得的双向测角值的关注接收信号向量的传播模式是直接传播模式和多路径传播模式中的哪个传播模式。
11.一种关注接收信号向量的传播模式判别方法，其针对由多个接收天线捕捉到的到来波被转换后的接收信号，其中，所述关注接收信号向量的传播模式判别方法具有以下步骤：
暂定侧角部分别针对从多个匹配滤波器组输出的匹配滤波器输出，取得针对关注接收信号向量的暂定测角值；以及
双向测角部将所述暂定侧角部计算出的暂定测角值设为构成所述关注接收信号向量的双向测角值的送出角和到来角中的一个传播角，计算所述送出角和所述到来角中的另一个传播角，通过所述暂定测角值和所述计算出的传播角取得所述双向测角值。
12.根据权利要求11所述的关注接收信号向量的传播模式判别方法，其中，
所述关注接收信号向量的传播模式判别方法具有以下步骤：传播模式判别部对构成由所述双向测角部取得的双向测角值的送出角和到来角的差值与阈值进行比较，在所述差值为所述阈值以下时，判别为直接传播模式，在所述差值超过所述阈值时，判别为多路径传播模式。
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